Сварка сопротивлением (RW) включает в себя ряд методов сварки плавлением, которые достигают слияния за счет сочетания тепла и давления. Тепло выделяется в месте соединения, которое необходимо сварить за счет электрического сопротивления протеканию тока. Основные элементы контактной сварки показаны на рисунке ниже для самого популярного метода в группе — контактной точечной сварки. Компонентами являются свариваемые детали (часто детали из листового металла), два противоположных электрода, способ прессования деталей между электродами и источник переменного тока, который может подавать контролируемый ток. При точечной сварке в процессе создается зона плавления между двумя компонентами, известная как сварочный самородок.
Контактная сварка не требует защитных газов, флюса или присадочного металла, как дуговая сварка, а электроды, по которым передается электроэнергия, неплавящиеся. RW относится к категории сварки плавлением, поскольку прилегающие поверхности практически всегда плавятся при подаче тепла. Однако существуют определенные исключения. Чтобы предотвратить плавление, некоторые методы сварки сопротивлением на основе нагрева используют температуры ниже точек плавления основных металлов.
Процесс контактной сварки включает в себя несколько ключевых переменных, таких как свойства электрода, сварочный ток, сила электрода и продолжительность тока. Контактная сварка — эффективный и быстрый процесс сварки, поскольку для нее требуется ток, который может быть в десять-сто раз больше, чем при дуговой сварке, хотя фактическое время сварки обычно составляет менее секунды.
Источник энергии и тепловыделение в РАО
При контактной сварке (RW) сопротивление цепи, сила тока и продолжительность приложения тока влияют на тепловую энергию, необходимую для сварки. Следующее математическое выражение представляет это соотношение:
Н = я2 Rt
где �� — выделяемое тепло в джоулях (для перевода в БТЕ разделите на 1055); �� — ток в амперах; �� – электрическое сопротивление, в Омах; и �� — время в секундах.
Процессы контактной сварки часто включают очень высокие токи (от 5000 до 20,000 10 А) при относительно низких напряжениях (обычно ниже 0.1 В). В большинстве процедур длительность тока (t) мала; например, при стандартной точечной сварке она может длиться от 0.4 до 0.0001 секунды. Поскольку сопротивление в RW очень низкое (около XNUMX В), а квадратная часть в приведенном выше уравнении увеличивает эффект тока, используется большой ток. Сочетание сопротивлений заготовок, электродов, контактных сопротивлений между электродами и заготовками и контактного сопротивления поверхностей подачи приводит к сопротивлению в сварочной цепи. Следовательно, тепло вырабатывается в каждой из этих зон электрического сопротивления. Поскольку предпочтительное место сварки находится на прилегающих поверхностях, для них оптимально иметь наибольшее сопротивление в сумме. Использование металлов, таких как медь, которые имеют чрезвычайно низкое удельное сопротивление, снижает сопротивление электродов. Для рассеивания выделяющегося там тепла электроды часто охлаждают водой. Сопротивления обрабатываемых деталей определяются толщиной детали и удельным сопротивлением основных металлов. Размер, форма и контактные поверхности электрода, а также состояние поверхности (например, окалина электрода и чистота рабочих поверхностей) определяют контактные сопротивления между электродами и деталями.
В конечном счете, отделка поверхности, гигиенические условия, площадь контакта и давление влияют на сопротивление прилегающих поверхностей. Не должно быть никаких примесей, которые бы разделяли контактные поверхности, такие как краска, масло или грязь.
Давление так же важно для успеха контактной сварки, как и тепло. При контактной сварке (RW) основной целью давления является сжатие прилегающих поверхностей вместе для достижения слияния после достижения правильной температуры сварки и принудительного контакта между двумя рабочими поверхностями и электродами до подачи тока.
Преимущества и недостатки контактной сварки
Контактная сварка является распространенным вариантом для промышленного применения из-за ее многочисленных преимуществ. Его эффективность и скорость, обеспечивающие высокую производительность, являются двумя основными преимуществами. Для этого процесса не нужны присадочные металлы, а поскольку тепло локализовано, вероятность изгиба соседних компонентов снижается. Контактная сварка также отлично подходит для автоматизации, что делает ее идеальной для крупномасштабного производства. Поскольку нагрев можно точно регулировать, получаемые сварные швы получаются прочными, точными и точными. Этот подход также более экономичен, поскольку требует меньше отделочных работ и меньше энергии, чем многие другие, и он безопаснее, чем многие другие, поскольку не выделяет дыма или искр.
Однако контактная сварка имеет ряд недостатков. Некоторым предприятиям может быть сложно получить необходимое оборудование, поскольку оно часто является дорогостоящим и специализированным. Он ограничивает виды металлов, которые можно сваривать, работая только с материалами, имеющими высокое электрическое сопротивление. Из-за ограниченного тепла большие детали трудно сваривать, и для предотвращения ослабления соединений необходимо точное выравнивание компонентов. Неравномерное расширение или сжатие материалов, вызванное нагреванием, может привести к деформации, что потенциально может стать проблемой. Несмотря на эти трудности, контактная сварка по-прежнему остается полезной технологией во многих производственных условиях.
Основные процессы контактной сварки
Тремя основными процессами контактной сварки, имеющими коммерческое значение, являются контактная точечная сварка (RSW), контактная шовная сварка (RSEW) и выступающая сварка (RPW).
Точечная сварка сопротивлением (RSW)
Контактная точечная сварка (RSW) является наиболее распространенным методом в своем классе и широко используется в массовом производстве бытовой техники, автомобилей, металлической мебели и других изделий из листового металла. Экономическое значение контактной точечной сварки становится очевидным, если учесть, что средний кузов автомобиля имеет около 10,000 XNUMX точечных сварных швов и что годовое производство автомобилей во всем мире достигает десятков миллионов.
Точечная контактная сварка (RSW) — это метод RW, при котором противоположные электроды сплавляют прилегающие поверхности нахлесточного соединения в одном месте. Этот метод применяется к компонентам из листового металла толщиной 3 мм (0.125 дюйма) или меньше, когда герметичная сборка не требуется. Для соединения компонентов используется последовательность точечных сварных швов. Хотя круглые электроды являются наиболее распространенной формой электродов, также можно использовать квадратные, шестиугольные и другие формы, но кончик электрода определяет размер и форму сварочного пятна.
Диаметр полученного сварного шва обычно составляет от 5 до 10 мм (от 0.2 до 0.4 дюйма), а основные металлы немного выходят за пределы шва, где простирается зона термического влияния. Прочность сварного шва должна быть сопоставима с окружающим металлом, если он выполнен правильно. На следующем рисунке показаны этапы цикла точечной сварки.
Для изготовления электродов RSW используются две основные категории материалов: сплавы на основе меди и композиции тугоплавких металлов, таких как медь и вольфрам. Большая износостойкость второй группы хорошо известна. При точечной сварке, как и в большинстве производственных процессов, инструмент постепенно стареет по мере использования. Электроды изготавливаются с внутренними каналами водяного охлаждения, если это возможно. Точечная сварка может выполняться с использованием различных инструментов и методов из-за ее широкого промышленного использования. Аппарат состоит из переносных пистолетов для точечной сварки, а также прессовых и качающихся сварочных машин. Сварочные машины с качающимися рычагами включают верхний электрод, который является подвижным и может подниматься и опускаться для облегчения погрузочно-разгрузочных работ. Нижний электрод остается неподвижным. Верхний электрод закреплен на качающемся рычаге — отсюда и название — движение которого управляется ножной педалью рабочего.
Силу и ток на протяжении всего сварочного цикла можно контролировать путем программирования на современном оборудовании. Аппараты точечной сварки с прессами предназначены для более тяжелых работ. Вертикальный пресс, приводимый в движение гидравлическим или пневматическим приводом, обеспечивает прямолинейное движение верхнего электрода. Благодаря нажатию можно использовать большие силы, а сложные сварочные циклы обычно можно запрограммировать с помощью элементов управления. Задача переносится на два предыдущих типа машин, которые являются стационарными аппаратами точечной сварки. Перенести и разместить деталь на стационарном оборудовании для выполнения массивных и тяжелых задач сложно. Портативные пистолеты для точечной сварки выпускаются различных размеров и комбинаций, подходящих для таких ситуаций. Эти устройства состоят из двух противоположных электродов, удерживаемых внутри клещевого механизма. Поскольку каждый предмет легкий, его может схватить и управлять как промышленный робот, так и человек. Гибкие электрические кабели и воздушные шланги используются для подключения пушки к собственному источнику питания и управления. При необходимости можно также использовать водяной шланг для подачи водяного охлаждения электродов. Точечная сварка кузовов автомобилей — обычная задача для мобильных сварочных пистолетов на автосборочных заводах. Хотя некоторые из этих видов оружия все еще используются людьми, в настоящее время предпочтительной технологией являются промышленные роботы.
Контактная шовная сварка (RSEW)
Контактная шовная сварка (RSEW) — это метод, при котором выполняется последовательность точечных сварных швов внахлест вдоль соединения внахлестку с использованием вращающихся колес, а не стержневых электродов, как при точечной сварке. Эта процедура, показанная на рисунке ниже, часто используется при производстве контейнеров из листового металла, автомобильных глушителей и бензобаков, поскольку она обеспечивает герметичные соединения. Хотя точечная сварка и RSEW по сути идентичны, RSEW требует дополнительных сложностей из-за колесных электродов и непрерывного характера операции.
Непрерывная работа в RSEW означает, что швы должны располагаться по прямой или равномерно изогнутой линии, поскольку острые углы и разрывы могут создавать проблемы. Кроме того, большую проблему вызывает коробление деталей, что требует использования приспособлений, которые удерживали бы детали на месте и минимизировали деформацию.
Приложение сварочного тока и движение электродных колес при RSEW определяют расстояние между сварочными самородками. В наиболее популярном методе, называемом сваркой непрерывным движением, необходимое расстояние между точечными сварными швами достигается путем периодической подачи импульсов тока при вращении колес с постоянной скоростью. Перекрывающиеся области сварки обычно являются результатом такой конфигурации. С другой стороны, процесс, известный как точечная сварка, позволяет образовывать зазоры между точками сварки при уменьшении частоты тока. Альтернативно, непрерывный сварной шов может быть достигнут путем поддержания постоянного сварочного тока. На рисунке ниже показаны эти варианты.
Другой вариант RSEW — сварка прерывистым движением, при которой каждая точка сварки выполняется путем регулярной остановки колеса электрода. Расстояние между областями сварки определяется движением колеса между остановками, что приводит к образованию узоров, напоминающих те, что показаны на рисунках (a) и (b) выше.
Вместо стержневых электродов используются электродные колеса, а машины для шовной сварки аналогичны машинам для точечной сварки прессового типа. Во время RSEW часто требуется охлаждение заготовки, а также электродных кругов. Для осуществления такого охлаждения вода обычно направляется на верхнюю и нижнюю стороны поверхностей детали вблизи электродных колес.
Контактная выступающая сварка (RPW)
Рельефная сварка сопротивлением (RPW) — это процесс сварки сопротивлением, при котором коалесценция происходит в небольших, заранее определенных точках контакта на соединяемых деталях. Эти точки контакта могут быть выступами, тиснениями или локализованными соединениями, встроенными в сами детали. Например, при соединении двух компонентов из листового металла верхний компонент может быть сконструирован с утопленными краями, которые первыми соприкасаются с нижним компонентом, как показано на рисунке ниже. Снижение затрат за счет сварки может сбалансировать процедуру тиснения, несмотря на то, что она выглядит как увеличивающая стоимость детали.
Рельефная сварка сопротивлением производится в двух вариантах, которые показаны на рисунке ниже. Один из вариантов позволяет RPW прочно соединять крепежные элементы с формованными или обработанными выступами с листом или пластиной, что упрощает будущие процедуры сборки. Для изготовления сварных проволочных изделий, таких как тележки для покупок, решетки для печей и проволочные ограждения, используется другой вариант, известный как перекрестная сварка проволокой. Соприкасающиеся поверхности круглых проволок действуют как выступы в этом процессе, помогая локализовать тепло сопротивления, необходимое для сварки.
Другие операции контактной сварки
В дополнение к основным процедурам контактной сварки, которые были рассмотрены ранее, в эту категорию подпадают и следующие альтернативные методы: оплавление (FW), высадочная сварка (UW), ударная сварка (PEW) и высокочастотная контактная сварка. сварка (HFRW).
Оплавляющая сварка (FW)
Оплавляющая сварка (FW) преимущественно используется для стыковых соединений. Процесс заключается в сближении поверхностей, которые необходимо сварить, и нагревании их до точки плавления с помощью электрического тока. В зависимости от степени контакта с поверхностью этот процесс включает в себя образование дуги, иногда называемое вспышкой. Поэтому FW иногда включают в группу дуговой сварки. Поверхности соединяются вместе для получения сварного шва после нагрева, что часто требует дополнительной механической обработки, чтобы гарантировать одинаковые размеры соединения. FW используется в высокоскоростных и экономичных процессах, включая соединение концов проволоки при волочении проволоки и стыковую сварку стальных полос на прокатных станах.
Сварка с высадкой (UW)
Подобно FW, сварка с высадкой (UW) объединяет этапы нагрева и прессования в единый технологический цикл. В отличие от FW, UW нагревается только за счет электрического сопротивления контактирующих поверхностей, без учета искрения. При достижении температуры ниже точки плавления соприкасающиеся поверхности слипаются под повышенным давлением, что приводит к нарушению состояния материалов в области контакта. Хотя UW имеет несколько общих применений с FW, например, соединение проволоки, труб и трубок, это не совсем метод сварки плавлением, как некоторые другие упомянутые методы.
Ударная сварка (PEW)
Подобно FW, ударная сварка (PEW) использует в своей работе невероятно короткие циклы сварки — от одной до десяти миллисекунд. Когда электрическая энергия резко высвобождается между поверхностями, которые необходимо соединить, происходит быстрый нагрев. Затем компоненты сплавляются вместе путем применения ударной силы. Для электронных приложений, где важны компактный размер и соседние компоненты, чувствительные к теплу, локализованный нагрев PEW идеален.
Высокочастотная контактная сварка (HFRW)
Высокочастотный переменный ток используется при высокочастотной контактной сварке (HFRW) для нагрева металлических поверхностей перед применением осадочной силы для завершения сварного шва. Этот метод, работающий на частотах от 10 до 500 кГц, гарантирует, что скин-эффект высокочастотного тока концентрирует тепло в сварном соединении. В аналогичной процедуре, называемой высокочастотной индукционной сваркой (HFIW), индукционная катушка используется для создания тока вместо прямого электрического контакта. Для задач непрерывной сварки, таких как соединение продольных швов металлических труб и трубок, подходят HFRW и HFIW. Эти методы полезны для различных промышленных процессов благодаря их способности обеспечивать стабильные, высококачественные сварные швы в условиях высокоскоростного производства.
Референсы
Грувер, член парламента, 2010. Основы современного производства: материалы, процессы и системы. 4-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc.
