Taškinio ir siūlinio suvirinimo supratimas: metodai, taikymas ir įranga

Varžinis taškinis suvirinimas (RSW): proceso apžvalga

Varžinis taškinis suvirinimas yra procesas, kurio metu persidengiančios jungties paviršiai sujungiami slėgiu ir elektrinės varžos sukuriama šiluma. Susidariusi šiluma suvirinimo vietoje sutelkiama priešinguose elektroduose, kurie pagaminti iš vario pagrindo lydinio arba vario ir volframo mišinio: vario pagrindo lydiniai yra plačiai naudojami dėl didelio laidumo, o vario ir volframo mišiniai yra atsparesni dilimui ir nusidėvėjimui tose srityse, kurios laikomos sudėtingomis.

Elektrodai iš esmės kontroliuoja suvirinimo kokybę ir dydį. Nors dažniausiai naudojama elektrodo galiuko forma yra apvali, specialiems tikslams sukurti ir kiti dizainai, pavyzdžiui, šešiakampiai ir kvadratiniai antgaliai. Kiti elektrodai turi vidinius vandens aušinimo kanalus, kurie padeda sumažinti jų įkaitimą suvirinimo metu, taip pailgindami jų tarnavimo laiką.

Varžinio taškinio suvirinimo plačiai naudojamos tokiose pramonės šakose kaip automobilių gamyba, kur vienam automobilio kėbului reikia maždaug 10 000 taškinių suvirinimo siūlių. Kiti bendri panaudojimo būdai apima prietaisus, metalinius baldus ir panašius lakštinio metalo gaminius. Jo paplitimas masinėje gamyboje pabrėžia jo ekonominę ir pramoninę svarbą, nes vien pasaulyje automobilių gamyba siekia dešimtis milijonų per metus.

Taškinio suvirinimo įranga

Yra trys pagrindiniai taškinio suvirinimo įrangos tipai: suvirinimo aparatai su svirtimis, preso tipo suvirinimo aparatai ir nešiojamieji taškinio suvirinimo pistoletai. Kiekvienas iš jų geriausiai tinka konkrečiai paskirčiai.

Taškinio suvirinimo aparatai su svirtimi (tokie kaip parodyta žemiau) buvo plačiai naudojami dirbant su santykinai mažais ruošiniais. Konfigūraciją sudaro fiksuotas apatinis elektrodas ir plūduriuojantis viršutinis elektrodas, pritvirtintas prie svirties. Viršutinio elektrodo judėjimas valdomas kojiniu pedalu, kuriuo operatorius gali jį pakelti arba nuleisti, kad atliktų pakrovimo ir iškrovimo procedūrą. Pavyzdžiui, tokie aparatai tinka nedidelio krūvio darbui, o šiuolaikiniai tipai dažnai turi programuojamus valdiklius, skirtus valdyti jėgą ir srovę suvirinimo ciklo metu.

                   Rokerinės svirties mašina

Didesniems ir sunkesniems ruošiniams geriausias pasirinkimas yra preso tipo taškinio suvirinimo aparatai. Tai stacionarios mašinos, kuriose vertikaliai varomas pneumatinis arba hidraulinis presas naudojamas viršutiniam elektrodui judinti tiesia linija. Ši konstrukcija leidžia taikyti didesnes jėgas ir atlikti sudėtingesnius suvirinimo ciklus, todėl jie yra nepakeičiami didelio masto pramoniniuose įrenginiuose.

Tais atvejais, kai stacionarių taškinio suvirinimo aparatų nepraktiška naudoti didelėms ir sunkioms detalėms apdoroti, efektyvus sprendimas yra rankiniai nešiojamieji įrenginiai. Lengvi įrankiai turi priešingus elektrodus, įmontuotus žnyplių mechanizme, todėl žmogus arba pramoninis robotas gali lengvai juos valdyti. Nešiojamieji pistoletai prie maitinimo ir valdymo sistemų prijungiami lanksčiais kabeliais ir žarnomis, o elektrodams galima įmontuoti vandens aušinimą. Dėl savo pritaikomumo jie taip pat yra kertiniai automobilių surinkimo gamyklų elementai, plačiai naudojami automobilių kėbulams suvirinti – dažnai kontroliuojant robotui.

Taškinio suvirinimo procesas

Taškinio suvirinimo procesas susideda iš veiksmų serijos, vadinamos suvirinimo ciklu, ir apima detalės įdėjimą, jėgos pritaikymą, suvirinimo laiko valdymą ir aušinimą. Kiekvienas ciklo žingsnis yra svarbus norint gauti tvirtą ir patikimą suvirinimo siūlę. Taškinio suvirinimo ciklo etapai parodyti paveikslėlyje žemiau.

Suvirinimo ciklas 
1. Dalių panardinimas ir pirminis kontaktas
Metalinės dalys dedamos tarp dviejų varinių elektrodų. Tada šie elektrodai, prieš tai šiek tiek paspaudus, šiek tiek paliečiami su metalų paviršiumi. Mikroskopiniu lygmeniu metalų paviršius niekada nebūna lygus, todėl iš pradžių gali susiliesti tik viršūnės. Tokiose vietose, kai taikomas pakankamas kontaktinis slėgis, oksido sluoksnis nutrūksta ir susidaro keli metalo tilteliai. Suvirinimo grafikas užtikrina pakankamai laiko, kad elektrodo jėga pasiektų 95 % numatytos suvirinimo jėgos, prieš pradedant tekėti srovei, taip užtikrinant nuoseklumą ir tikslumą.

2. Suvirinimo srovės taikymas
Kai pasiekiamas reikiamas slėgis, per elektrodus labai trumpą laiką leidžiama didelė elektros srovė. Nors srovė, tekanti per metalą, plinta dideliame plote, metalų sąlyčio vietoje srovė teka per metalinius tiltelius, ir srovės tankis šiame taške tampa labai didelis. Srovės tankis šiame taške išskiria pakankamai šilumos, kad metaliniai tilteliai išsilydytų.

Kai šie pradiniai tilteliai išsilydo ir subyra, kiti metalinių paviršių pikai liečiasi vienas su kitu ir sudaro naujus tiltelius. Išlydyto metalo varža yra didesnė, palyginti su naujai susidariusiais tilteliais, o srovė pereina į naujai susidariusius takus. Perėjimo iš vieno tiltelio į kitą procesas kartojasi tol, kol visa sąsaja išsilydo ir susidaro grynuolis.

Energijos tiekimas suvirinimo vietoje priklauso nuo medžiagos varžos, srovės dydžio ir suvirinimo laiko. Turi būti pusiausvyra; per mažas energijos tiekimas sukelia nepilną išsilydymą, todėl suvirinimas yra silpnas; energijos perteklius sukelia per didelį išsilydymą, netgi išlydytos medžiagos išmetimą, kartais pradurdamas skylę jungtyje.

3. Aušinimas ir kietėjimas

Srovei nutrūkus, trumpam laikui elektrodo jėga palaikoma, kad išlydytas metalas atvėstų ir sukietėtų veikiant slėgiui. Daugumoje suvirinimo sistemų elektrodai turi aušinimo skysčio angas, kurios pagreitina šį aušinimą vietoje aušinant ruošinį.

Šio proceso etapo pabaigoje suformuojamas apvalus grynuolis, kurio skersmuo yra nuo 4 iki 7 milimetrų. Toks grynuolis užtikrins tvirtą jungtį be jokių suvirinimo siūlių abiejose lakšto pusėse, išsaugant ruošinio konstrukcijos vientisumą ir paviršiaus išvaizdą.

Atsparumo siūlių suvirinimas (RSEW)

Varžinis siūlių suvirinimas (RSEW) yra tobulesnis varžinio taškinio suvirinimo variantas, kai lazdelės formos elektrodai pakeičiami besisukančiais ratais, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Šis išdėstymas užtikrina daug persidengiančių suvirinimo siūlių persidengimo jungtyje ir tvirtas, sandarias siūles. Varžinis siūlių suvirinimas plačiai naudojamas bakų gamyboje, automobilių duslintuvų ir kitų gaminamų lakštinio metalo konteinerių gamyboje. Jis ir toliau yra labai svarbus jungimo procesas gaminant patvarius, sandarius komponentus daugelyje pramonės šakų.

Pagrindinės proceso detalės

Siūlių suvirinimas paprastai atliekamas nepertraukiamai, o siūlės turi būti tiesios arba vienodo išlinkio dėl aštrių kampų ir netolygumų problemų. Įtvirtinimai reikalingi ruošiniams pozicionuoti ir deformacijai, kuri yra pagrindinė siūlių suvirinimo problema, išvengti.
Trys RSEW variantai (nuolatinio judesio suvirinimas, taškinis suvirinimas ritininiu būdu ir nepertraukiamas siūlių suvirinimas) grafiškai pavaizduoti paveikslėlyje žemiau.

Šie metodai atskleidžia proceso lankstumą:

Nuolatinio judesio suvirinimasTai pagrindinis procesas, kurio metu elektrodų ratai nuolat sukasi pastoviu greičiu, o suvirinimo srovė pulsuoja reguliariais intervalais. Taigi, dėl laiko nustatymo sukuriami persidengiantys suvirinimo grynuoliai, kad siūlė būtų tolygi ir stipri.
Riedėjimo pasipriešinimo taškinis suvirinimasTai reiškia, kad tarp suvirinimo grynuolių sukuriami tarpai, sumažinant suvirinimo srovės impulsų dažnį. Taigi, išilgai siūlės sukuriami nutrūkstantys suvirinimo taškai, kurie geriausiai tinka ten, kur reikalingas mažesnis suvirinimo vientisumas.
Nuolatinis siūlių suvirinimasŠiame variante suvirinimo srovė yra nuolatinė; todėl gaunama visiškai nepertraukiama siūlė, nuolat einanti išilgai jungties.
Kitas metodas, suvirinimas pertraukiamuoju judesiu, cikliškai sustabdo elektrodo ratą, kad būtų galima atlikti suvirinimo siūles. Ratas sukasi tarp sustojimų, todėl suvirinimo grynuolių atstumai gali sukurti tokius raštus, kaip parodyta a ir b paveikslėliuose aukščiau.

Įranga ir aušinimas

Siūlių suvirinimo aparatai yra panašūs į preso tipo taškinio suvirinimo aparatus, išskyrus tai, kad jų elektrodai yra rato, o ne lazdelės formos. RSEW sistemoje taip pat reikalingas aušinimas, kad būtų išvengta per didelio ruošinio ir elektrodų diskų įkaitimo. Tai galima padaryti nukreipiant vandenį ant ruošinio paviršių, esančių greta elektrodų diskų, viršaus ir apačios.

Taškinio ir siūlinio suvirinimo palyginimas