Razumijevanje točkastog i šavnog zavarivanja: tehnike, primjene i oprema

Točkasto zavarivanje otporom (RSW): Pregled procesa

Točkasto zavarivanje otporom je postupak u kojem se dodirne površine preklopljenog spoja spajaju primjenom tlaka i topline generirane električnim otporom. Generirana toplina koncentrira se na mjestu zavarivanja suprotnim elektrodama, koje su izrađene od legure na bazi bakra ili kombinacije bakra i volframa: legure na bazi bakra široko se koriste zbog visokog stupnja vodljivosti, dok kombinacije bakra i volframa pružaju bolju otpornost na abraziju i trošenje u onim primjenama koje se smatraju zahtjevnima.

Elektrode u osnovi kontroliraju kvalitetu i veličinu zavara. Iako je okrugli oblik na vrhu elektrode najčešće korišten oblik, razvijeni su i drugi dizajni, poput šesterokutnih i kvadratnih vrhova, za posebne namjene. Druge elektrode imaju unutarnje prolaze za hlađenje vodom koji pomažu u smanjenju njihovog zagrijavanja tijekom zavarivanja, čime se povećava njihov vijek trajanja.

Široka primjena otpornog točkastog zavarivanja nalazi se u industrijama poput proizvodnje automobila, pri čemu je za jednu karoseriju automobila potrebno otprilike 10 000 točkastih zavara. Ostale opće upotrebe uključuju uređaje, metalni namještaj i slične proizvode od lima. Njegova rasprostranjenost u masovnoj proizvodnji naglašava njegovu ekonomsku i industrijsku važnost budući da samo svjetska proizvodnja automobila doseže desetke milijuna svake godine.

Oprema za točkasto zavarivanje

Postoje tri glavne vrste opreme za točkasto zavarivanje: strojevi s klackalicom, strojevi za zavarivanje s prešom i prijenosni pištolji za točkasto zavarivanje. Svaki je najprikladniji za određenu primjenu.

Točkasti zavarivači s klackalicom (kao što je prikazan dolje) široko se koriste za rukovanje relativno malim obradcima. Konfiguracija uključuje fiksnu donju elektrodu i plutajuću gornju elektrodu koja se nalazi na klackalici. Kretanje gornje elektrode kontrolira se nožnom papučicom, kojom operater može podići ili spustiti gornju elektrodu kako bi preuzeo rad tijekom postupka utovara i istovara. Na primjer, takvi strojevi primjenjivi su za lagane radove, a moderni tipovi često uključuju programabilne kontrole za upravljanje silom i strujom tijekom ciklusa zavarivanja.

                   Stroj za klackalice

Za veće i teže obradke, najbolji su izbor točkasti zavarivači s prešom. To su stacionarni strojevi kod kojih se vertikalno pogonjena preša, pneumatski ili hidraulički, koristi za pomicanje gornje elektrode pravolinijskim pokretom. Ovaj dizajn omogućuje primjenu većih sila i prilagođava se složenijim ciklusima zavarivanja, što ih čini nezamjenjivima za velike industrijske primjene.

U situacijama kada je nepraktično koristiti stacionarne strojeve za točkasto zavarivanje za rukovanje velikim i teškim dijelovima, ručni prijenosni strojevi učinkovito su rješenje. Lagani alati imaju suprotne elektrode smještene u mehanizmu kliješta, što omogućuje ljudskom radniku ili industrijskom robotu da ih lako manevrira. Prijenosni pištolji spojeni su na sustave napajanja i upravljanja putem fleksibilnih kabela i crijeva s mogućnošću ugradnje vodenog hlađenja elektroda. Njihova prilagodljivost također ih čini temeljnim elementima u tvornicama za montažu automobila, a široko se koriste za zavarivanje karoserija automobila - često pod kontrolom robota.

Postupak točkastog zavarivanja

Proces točkastog zavarivanja sastoji se od niza događaja, nazvanih ciklus zavarivanja, a uključuje umetanje dijela, primjenu sile, kontrolu vremena zavarivanja i hlađenje. Svaki korak u ciklusu važan je za dobivanje snažnog i pouzdanog zavara. Koraci u ciklusu točkastog zavarivanja prikazani su na slici ispod.

Ciklus zavarivanja 
1. Uranjanje dijelova i primarni kontakt
Metalni dijelovi se postavljaju između dvije bakrene elektrode. Ove se elektrode zatim dovode u lagani kontakt s površinom metala, nakon što se na njih primijeni određeni pritisak. Na mikroskopskoj razini, površina metala nikada nije glatka; stoga se u početku mogu dodirnuti samo vrhovi. Na takvim točkama, kada se primijeni odgovarajući kontaktni pritisak, oksidni sloj se lomi i formira se nekoliko metalnih mostova. Raspored zavarivanja osigurava dovoljno vremena da sila elektrode dosegne 95% predviđene sile zavarivanja prije nego što počne protok struje, osiguravajući dosljednost i točnost.

2. Primjena struje zavarivanja
Kada se postigne potreban tlak, kroz elektrode se vrlo kratko provodi jaka električna struja. Dok se prolaz struje kroz metal širi na veliko područje, na granici gdje se metali dodiruju, struja teče kroz metalne mostove i gustoća struje u toj točki postaje vrlo visoka. Gustoća struje u toj točki razvija dovoljno topline da otopi metalne mostove.

Kada se ovi početni mostovi otope i uruše, drugi vrhovi na metalnim površinama dolaze u kontakt jedan s drugim kako bi formirali nove mostove. Otpor rastaljenog metala je veći u usporedbi s novonastalim mostovima, a struja se pomiče prema novonastalim putovima. Proces prijelaza s jednog mosta na drugi ponavlja se sve dok se cijela površina ne otopi i ne formira se grumenat.

Unos energije na mjestu zavara ovisi o otporu materijala, veličini struje i vremenu zavarivanja. Mora postojati ravnoteža; premalo energije stvara nepotpuno taljenje, što stvara slab zavar; višak energije uzrokuje prekomjerno taljenje, čak do izbacivanja rastaljenog materijala, ponekad probijajući rupu kroz spoj.

3. Hlađenje i skrućivanje

Nakon što struja prestane, kratko vrijeme se održava sila elektrode kako bi se rastaljeni metal mogao ohladiti i stvrdnuti pod tlakom. U većini sustava za zavarivanje elektrode imaju otvore za rashladnu tekućinu koji ubrzavaju to hlađenje lokalnim hlađenjem obratka.

Do kraja ove faze procesa formira se okrugli komadić promjera od 4 do 7 milimetara. Takav komadić osigurat će čvrst spoj bez ikakvog zavara s obje strane lima, održavajući strukturni integritet i izgled površine obratka.

Otporno zavarivanje (RSEW)

Zavarivanje otpornim šavom (RSEW) je savršenija varijacija točkastog zavarivanja otporom u kojoj se elektrode u obliku štapa zamjenjuju rotirajućim kotačima, kao što je prikazano na donjoj slici. Raspored omogućuje niz preklapajućih zavara u preklopljenom spoju i osigurava jake, nepropusne šavove. Zavarivanje otpornim šavom široko se koristi u izradi spremnika i proizvodnji automobilskih prigušivača i drugih izrađenih spremnika od lima. I dalje je vrlo važan proces spajanja u proizvodnji izdržljivih, zatvorenih komponenti za mnoge industrije.

Ključni detalji procesa

Zavarivanje šavovima obično se izvodi kontinuirano, a šavovi moraju biti ravni ili jednolike zakrivljenosti zbog problema koji se javljaju s oštrim kutovima i diskontinuitetima. Pribori su potrebni za pozicioniranje obratka i sprječavanje savijanja, što je glavni problem kod zavarivanja šavovima.
Tri varijante RSEW (kontinuirano zavarivanje, točkasto zavarivanje valjcima i kontinuirano šavno zavarivanje) grafički su prikazane na donjoj slici.

Ove tehnike otkrivaju fleksibilnost procesa:

Kontinuirano zavarivanjeOvo je glavni proces u kojem se elektrode kontinuirano okreću konstantnom brzinom, a struja zavarivanja pulsira u redovitim intervalima. Preklapajući zavari stvaraju se vremenskim usklađivanjem za konzistentan i jak šav.
Točkasto zavarivanje otpora kotrljanjaTo uključuje uvođenje razmaka između zavarenih dijelova smanjenjem frekvencije impulsa struje zavarivanja. Na taj način se stvaraju isprekidane točke zavara duž šava i najprikladnije su tamo gdje je potreban manji kontinuitet zavara.
Kontinuirano zavarivanje šavaU ovoj varijanti, struja zavarivanja je kontinuirana; stoga se dobiva potpuno neprekinuti šav duž spoja.
Druga metoda, zavarivanje s prekidima, ciklički zaustavlja kotač elektrode kako bi se napravili zavari. Kotač se okreće između zaustavljanja i stoga razmak zavarenih zrnaca može stvoriti uzorke poput onih na a) i b) gornje slike.

Oprema i hlađenje

Strojevi za zavarivanje šavova slični su točkastim zavarivačima tipa preše, osim što su im elektrode u obliku kotača umjesto štapa. Hlađenje je također potrebno kod RSEW-a kako bi se spriječilo prekomjerno zagrijavanje i obratka i elektrodnih kotača. To se može postići usmjeravanjem vode na gornju i donju stranu površina obratka uz elektrodne kotače.

Sažetak usporedbe točkastog zavarivanja i šavnog zavarivanja