Varžinis suvirinimas (RS) apima įvairius lydomojo suvirinimo metodus, kurie pasiekia koalescenciją naudojant šilumos ir slėgio derinį. Šiluma išsiskiria jungtyje, kuri turi būti suvirinama, naudojant elektrinę varžą srovei. Pagrindiniai varžinio suvirinimo elementai parodyti paveikslėlyje žemiau, vaizduojant populiariausią grupės metodą – varžinį taškinį suvirinimą. Komponentai yra suvirinamos detalės (dažnai lakštinio metalo detalės), du priešingi elektrodai, būdas suspausti detales tarp elektrodų ir kintamosios srovės šaltinis, galintis tiekti kontroliuojamą srovę. Taškinio suvirinimo metu tarp dviejų komponentų sukuriama išlydyta zona, vadinama suvirinimo grynuoliu.
Varžiniam suvirinimui nereikia apsauginių dujų, fliuso ar užpildo metalo, kaip tai daroma lankinio suvirinimo metu, o elektrodai, kuriais teka elektros energija, nėra susiliejantys. Varžinis suvirinimas priskiriamas lydymosi paviršiams, nes juos sujungiantys paviršiai praktiškai visada išsilydo, kaitinant. Tačiau yra tam tikrų išimčių. Siekiant išvengti lydymosi, tam tikri varžinio kaitinimo pagrindu veikiantys suvirinimo metodai naudoja žemesnę temperatūrą nei pagrindinių metalų lydymosi temperatūra.
Varžinio suvirinimo procesas apima kelis pagrindinius kintamuosius, tokius kaip elektrodo savybės, suvirinimo srovė, elektrodo jėga ir srovės trukmė. Varžinis suvirinimas yra efektyvus ir greitas suvirinimo procesas, nes jam reikalinga srovė, kuri gali būti dešimt–šimtą kartų didesnė nei lankinio suvirinimo, nors tikrasis suvirinimo laikas paprastai yra trumpesnis nei sekundė.
Maitinimo šaltinis ir šilumos generavimas RW
Varžinio suvirinimo (VS) metu grandinės varža, srovės tekėjimas ir srovės tiekimo trukmė turi įtakos suvirinimui reikalingai šilumos energijai. Šį ryšį apibūdina ši matematinė išraiška:
H=I2 Rt
kur �� yra išsiskyrusi šiluma džauliais (norint konvertuoti į Btu, padalinkite iš 1055); �� yra srovės stipris amperais; �� yra elektrinė varža omais; ir �� yra laikas sekundėmis.
Varžinio suvirinimo procesuose dažnai naudojamos labai didelės srovės (nuo 5000 iki 20 000 A) su santykinai maža įtampa (paprastai mažesnė nei 10 V). Daugelio procedūrų metu srovės trukmė (t) yra trumpa; pavyzdžiui, atliekant standartinį taškinį suvirinimą, ji gali trukti nuo 0.1 iki 0.4 sekundės. Kadangi RW varža yra labai maža (apie 0.0001 V), o kvadratinė dalis aukščiau pateiktoje lygtyje padidina srovės poveikį, naudojama didelė srovė. Apdorojamų detalių, elektrodų, kontaktinių varžų tarp elektrodų ir detalių bei padavimo paviršių kontaktinės varžos derinys lemia suvirinimo grandinės varžą. Todėl kiekvienoje iš šių elektrinės varžos zonų išsiskiria šiluma. Kadangi pageidaujama suvirinimo vieta yra besiliečiantys paviršiai, optimalu, kad jie turėtų didžiausią bendrą varžą. Naudojant tokius metalus kaip varis, kurių varža yra itin maža, elektrodų varža sumažėja. Siekiant išsklaidyti ten susidariusią šilumą, elektrodai dažnai aušinami vandeniu. Apdorojamos detalės varžą lemia detalės storis ir pagrindinių metalų varžos. Elektrodo dydis, forma ir sąlyčio plotai, taip pat paviršiaus sąlygos (pvz., elektrodo mastelis ir darbinių paviršių švara) lemia kontaktinę varžą tarp elektrodų ir detalių.
Galiausiai paviršiaus apdaila, higienos sąlygos, sąlyčio plotas ir slėgis turi įtakos pasipriešinimui besiliečiančiuose paviršiuose. Ant paviršių neturėtų būti jokių priemaišų, tokių kaip dažai, alyva ar nešvarumai, kurios laikytų juos atskirai.
Slėgis yra toks pat svarbus sėkmingam kontaktiniam suvirinimui kaip ir karštis. Atliekant kontaktinį suvirinimą (SW), pagrindiniai slėgio tikslai yra suspausti besiliečiančius paviršius, kad būtų pasiekta tinkama suvirinimo temperatūra, ir priverstinai kontaktuoti tarp dviejų darbinių paviršių ir elektrodų prieš tiekiant srovę.
Varžinio suvirinimo privalumai ir trūkumai
Kontaktinis suvirinimas yra įprastas pramoninių įrenginių pasirinkimas dėl daugelio privalumų. Du pagrindiniai privalumai yra efektyvumas ir greitis, leidžiantys pasiekti didelius gamybos tempus. Procesui nereikia papildomų metalų, o kadangi šiluma yra lokalizuota, yra mažesnė gretimų komponentų sulinkimo tikimybė. Kontaktinis suvirinimas taip pat puikiai tinka automatizavimui, todėl puikiai tinka didelio masto gamybai. Kadangi šilumą galima tiksliai reguliuoti, gauti suvirinimo siūlai yra tvirti, tikslūs ir preciziški. Šis metodas taip pat yra ekonomiškesnis, nes jam reikia mažiau apdailos darbų ir energijos nei daugeliui kitų, be to, jis yra saugesnis nei daugelis kitų, nes neišskiria dūmų ar kibirkščių.
Tačiau kontaktinis suvirinimas turi keletą trūkumų. Kai kurioms operacijoms gali būti sunku gauti reikiamą įrangą, nes ji dažnai yra brangi ir specializuota. Tai riboja metalų, kuriuos galima suvirinti, rūšis, nes dirbama tik su medžiagomis, turinčiomis didelę elektrinę varžą. Dėl ribotos šilumos sunku suvirinti didelius gabalus, o tikslus komponentų suderinimas yra būtinas siekiant išvengti silpnų jungčių. Dėl karščio sukeltas netolygus medžiagų plėtimasis ar susitraukimas gali sukelti deformaciją, o tai gali būti problema. Nepaisant šių sunkumų, kontaktinis suvirinimas vis dar yra naudinga technologija daugelyje gamybos sričių.
Pagrindiniai varžinio suvirinimo procesai
Trys pagrindiniai komercinės svarbos varžinio suvirinimo procesai yra varžinis taškinis suvirinimas (RSW), varžinis siūlinis suvirinimas (RSEW) ir kiauryminis suvirinimas (RPW).
Atsparinis taškinis suvirinimas (RSW)
Varžinis taškinis suvirinimas (RSW) yra labiausiai paplitęs metodas savo klasėje ir plačiai naudojamas masinėje prietaisų, automobilių, metalinių baldų ir kitų lakštinio metalo gaminių gamyboje. Varžinio taškinio suvirinimo ekonominė reikšmė tampa aiški, kai atsižvelgiama į tai, kad vidutinis automobilio kėbulas turi maždaug 10 000 taškinių suvirinimo siūlių ir kad metinė automobilių gamyba visame pasaulyje siekia dešimtis milijonų.
Varžinis taškinis suvirinimas (RSW) yra RW metodas, kai priešingi elektrodai vienoje vietoje sulydo persidengiančios jungties paviršius. Šis metodas taikomas lakštinio metalo komponentams, kurių storis yra 3 mm (0.125 colio) arba mažesnis, kai nereikia hermetiško surinkimo. Komponentams sujungti naudojama taškinių suvirinimų seka. Nors dažniausiai pasitaikanti elektrodų forma yra apvalūs elektrodai, taip pat gali būti naudojamos kvadratinės, šešiakampės ir kitos formos, o elektrodo antgalis lemia suvirinimo vietos dydį ir formą.
Gautas suvirinimo grynuolis paprastai yra nuo 5 iki 10 mm (0.2–0.4 colio) skersmens, o pagrindiniai metalai yra šiek tiek už grynuolio, kur tęsiasi karščio paveikta zona. Jei suvirinimas atliktas teisingai, jo stipris turėtų būti panašus į aplinkinio metalo. Šiame paveikslėlyje pavaizduoti taškinio suvirinimo ciklo etapai.
RSW elektrodams gaminti naudojamos dvi pagrindinės medžiagų kategorijos: vario lydiniai ir ugniai atsparių metalų, tokių kaip varis ir volframas, kompozicijos. Gerai žinomas didesnis antrosios grupės medžiagų atsparumas dilimui. Taškinio suvirinimo metu, kaip ir daugumoje gamybos procesų, įrankiai palaipsniui sensta naudojant. Jei įmanoma, elektrodai gaminami su vidiniais vandens aušinimo kanalais. Taškinį suvirinimą galima atlikti naudojant įvairius įrankius ir metodus dėl plataus pramoninio naudojimo. Aparatą sudaro nešiojamieji taškinio suvirinimo pistoletai, taip pat presavimo ir svirties tipo taškinio suvirinimo aparatai. Svirties taškinio suvirinimo aparatai turi viršutinį elektrodą, kuris yra judamas ir gali būti pakeliamas bei nuleidžiamas, kad būtų lengviau pakrauti ir iškrauti. Apatinis elektrodas lieka nejudantis. Viršutinis elektrodas pritvirtintas prie svirties (iš čia ir kilo pavadinimas), kurios judesius valdo darbuotojas kojiniu pedalu.
Jėgą ir srovę viso suvirinimo ciklo metu galima valdyti programuojant šiuolaikinėje įrangoje. Taškinio suvirinimo aparatai su presais skirti sunkesniems darbams. Vertikalus presas, varomas hidrauline arba pneumatine jėga, sukuria tiesų viršutinio elektrodo judėjimą. Dėl preso veikimo galima naudoti didesnes jėgas, o sudėtingus suvirinimo ciklus paprastai galima programuoti naudojant valdiklius. Užduotis perkeliama į ankstesnius dviejų tipų aparatus, kurie abu yra stacionarūs taškinio suvirinimo aparatai. Sudėtinga perkelti ir pastatyti detalę į stacionarius įrenginius, skirtus didelėms, sunkioms užduotims atlikti. Nešiojamieji taškinio suvirinimo pistoletai būna įvairių dydžių ir derinių, kad tiktų tokioms situacijoms. Šiuos įrenginius sudaro du priešingi elektrodai, laikomi žnyplių mechanizme. Kadangi kiekvienas elementas yra lengvas, jį gali suimti ir valdyti pramoninis robotas arba žmogus. Lankstūs elektros kabeliai ir oro žarnos naudojami pistoletui prijungti prie jo paties maitinimo ir valdymo šaltinio. Jei reikia, vandens žarna taip pat gali būti naudojama elektrodams aušinti vandeniu. Automobilių kėbulų taškinis suvirinimas yra įprasta užduotis mobiliesiems taškinio suvirinimo pistoletams automobilių surinkimo gamyklose. Nors kai kuriuos iš šių pistoletų vis dar valdo žmonės, pramoniniai robotai dabar yra pasirinkimo technologija.
Atsparumo siūlių suvirinimas (RSEW)
Varžinis siūlių suvirinimas (RSEW) – tai technika, kurios metu naudojant besisukančius ratukus, o ne lazdelės formos elektrodus, kaip taškinio suvirinimo metu, išilgai persidengiančios jungties sukuriama persidengiančių taškinių suvirinimo siūlių seka. Ši procedūra, parodyta paveikslėlyje žemiau, dažnai naudojama lakštinio metalo konteinerių, automobilių duslintuvų ir benzino bakų gamyboje, nes jos metu susidaro hermetiškos jungtys. Nors taškinis suvirinimas ir RSEW iš esmės yra identiški, RSEW yra sudėtingesnis dėl ratukų elektrodų ir nepertraukiamo operacijos aspekto.
Nuolatinis RSEW procesas reiškia, kad siūlės turi būti tiesios arba tolygiai išlenktos linijos, nes aštrūs kampai ir netolygumai gali sukelti problemų. Be to, didesnį susirūpinimą kelia detalių deformacija, todėl reikalingi tvirtinimo elementai, kurie laikytų ruošinius vietoje ir sumažintų iškraipymus.
Suvirinimo srovės taikymas ir elektrodų ratų judėjimas RSEW procese lemia atstumą tarp suvirinimo grynuolių. Populiariausioje technikoje, vadinamoje nuolatinio judesio suvirinimu, tinkamas atstumas tarp taškinių suvirinimo siūlių pasiekiamas periodiškai pulsuojant srovę, kai ratai sukasi pastoviu greičiu. Persidengiančios suvirinimo sritys paprastai yra šios konfigūracijos rezultatas. Kita vertus, procesas, žinomas kaip ritininis taškinis suvirinimas, leidžia atsirasti tarpams tarp suvirinimo taškų, jei srovės dažnis sumažinamas. Arba ištisinę suvirinimo siūlę galima pasiekti palaikant pastovią suvirinimo srovę. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyti šie skirtumai.
Kitas RSEW variantas yra suvirinimas pertraukiamuoju judesiu, kai kiekvienas taškinis suvirinimas atliekamas reguliariai sustojus elektrodo ratui. Atstumas tarp suvirinimo vietų nustatomas pagal rato judėjimą tarp sustojimų, todėl gaunami raštai, panašūs į pateiktus (a) ir (b) paveiksluose.
Nors vietoj lazdelės formos elektrodų naudojami elektrodų diskai, siūlinio suvirinimo aparatai yra panašūs į preso tipo taškinio suvirinimo aparatus. Atliekant RSEW, dažnai reikia aušinti tiek ruošinį, tiek elektrodų diskus. Kad būtų pasiektas šis aušinimas, vanduo paprastai nukreipiamas į ruošinio paviršių viršų ir apačią šalia elektrodų diskų.
Varžinis projektinis suvirinimas (RPW)
Varžinis projektinis suvirinimas (RPW) yra varžinio suvirinimo procesas, kurio metu suliejimas vyksta mažuose, iš anksto nustatytuose jungiamų dalių sąlyčio taškuose. Šie sąlyčio taškai gali būti iškyšos, įspaudai arba lokalizuotos jungtys, įmontuotos pačiose dalyse. Pavyzdžiui, jungiant du lakštinio metalo komponentus, viršutinis komponentas gali būti su įgilintais kraštais, kurie pirmiausia liečiasi su apatiniu komponentu, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Suvirinimo sąnaudų sumažinimas gali subalansuoti reljefinio įspaudimo procedūrą, nepaisant to, kad ji atrodo didinanti detalės kainą.
Varžinis projekcinis suvirinimas būna dviejų variantų, kurie pavaizduoti paveikslėlyje žemiau. Vienas variantas leidžia RPW visam laikui sujungti tvirtinimo detales su profiliuotais arba apdirbtais iškyšomis prie lakšto ar plokštės, taip palengvinant būsimas surinkimo procedūras. Suvirintų vielos gaminių, tokių kaip pirkinių vežimėliai, viryklių grotelės ir vielinės tvoros, gamybai naudojama kita versija, vadinama kryžminiu vielos suvirinimu. Apvalių vielų liečiami paviršiai šiame procese veikia kaip iškyšos, padedančios lokalizuoti suvirinimui reikalingą varžinę šilumą.
Kitos kontaktinio suvirinimo operacijos
Be pagrindinių kontaktinio suvirinimo procedūrų, kurios anksčiau buvo aptartos, į šią kategoriją patenka šie alternatyvūs metodai, kuriuos taip pat reikėtų pripažinti: momentinis suvirinimas (FW), suvirinimas apverstiniu būdu (UW), smūginis suvirinimas (PEW) ir aukšto dažnio kontaktinis suvirinimas (HFRW).
Lyginamasis suvirinimas (FW)
Momentinis suvirinimas (MDS) daugiausia naudojamas užpakalinėms jungtims. Šio proceso metu suvirinami paviršiai suartinami ir kaitinami iki lydymosi taško naudojant elektros srovę. Priklausomai nuo paviršiaus sąlyčio laipsnio, šis procesas apima lankinį suvirinimą, kartais vadinamą mirksinčiu suvirinimu. Todėl MDS kartais priskiriamas lankinio suvirinimo grupei. Po kaitinimo paviršiai yra sujungiami, kad būtų gautas suvirinimo siūlas, todėl dažnai reikia papildomo apdirbimo, kad būtų užtikrinti vienodi jungties matmenys. MDS naudojamas greituose, ekonomiškuose procesuose, įskaitant vielos galų sujungimą vielos traukime ir plieninių juostų užpakalinį suvirinimą valcavimo staklėse.
Suvirinimas su perkrova (UW)
Panašiai kaip ir suvirinimas viršįtampiu (FW), suvirinimas viršįtampiu (UW) sujungia kaitinimo ir presavimo fazes į vieną proceso ciklą. Skirtingai nuo FW, UW kaitina tik besiliečiančių paviršių elektrine varža – neįskaitant lanko. Pasiekus žemesnę nei lydymosi temperatūrai temperatūrą, besiliečiantys paviršiai susilieja dėl padidėjusio slėgio, todėl medžiagos sąlyčio srityje suyra. Nors UW turi keletą bendrų pritaikymo būdų su FW, pavyzdžiui, vielos, vamzdžių ir vamzdelių sujungimui, tai nėra visiškai lydomojo suvirinimo technika, kaip kai kurios kitos paminėtos.
Smūginis suvirinimas (PEW)
Panašiai kaip ir smūginis suvirinimas (FW), smūginis suvirinimas (PEW) naudoja neįtikėtinai trumpus suvirinimo ciklus – nuo vienos iki dešimties milisekundžių. Kai tarp paviršių, kuriuos reikia sujungti, staiga išsiskiria elektros energija, susidaro greitas įkaitimas. Tada komponentai sulydomi veikiant smūgine jėga. Elektronikos reikmėms, kur labai svarbus kompaktiškas dydis ir gretimi komponentai, jautrūs karščiui, PEW lokalizuotas kaitinimas puikiai tinka.
Aukšto dažnio varžinis suvirinimas (HFRW)
Aukšto dažnio varžinio suvirinimo (HFRW) metu naudojama aukšto dažnio kintamoji srovė metaliniams paviršiams įkaitinti prieš pritaikant sukimo jėgą suvirinimui užbaigti. Ši technika, kurios dažnis svyruoja nuo 10 iki 500 kHz, garantuoja, kad aukšto dažnio srovės paviršiaus efektas sutelkia šilumą suvirinimo siūlėje. Panašioje procedūroje, vadinamoje aukšto dažnio indukciniu suvirinimu (HFIW), srovei sukurti naudojama indukcinė ritė, o ne tiesioginis elektros kontaktas. Nuolatinio suvirinimo užduotims, pavyzdžiui, metalinių vamzdžių ir vamzdelių išilginių siūlių sujungimui, tinka HFRW ir HFIW. Šie metodai yra naudingi įvairiuose pramoniniuose procesuose dėl jų gebėjimo sukurti nuoseklius, aukštos kokybės suvirinimo siūles greitose gamybos situacijose.
Nuorodos
Groover, MP, 2010. Šiuolaikinės gamybos pagrindai: medžiagos, procesai ir sistemos. 4-asis leidimas. Hobokenas, NJ: John Wiley & Sons, Inc.
