Розуміння точкового та шовного зварювання: методи, застосування та обладнання

Точкове зварювання опором (RSW): Огляд процесу

Точкове контактне зварювання — це процес, у якому з’єднуються поверхні з’єднання внапуск шляхом застосування тиску та тепла, створюваного електричним опором. Тепло, що виділяється, концентрується в місці зварювання протилежними електродами, виготовленими зі сплаву на основі міді або комбінації міді та вольфраму: сплави на основі міді широко використовуються завдяки їх високому ступеню провідності, тоді як комбінації мідь-вольфрам забезпечують кращу стійкість до стирання та зношування у тих сферах застосування, які вважаються вимогливими.

Електроди в основному контролюють якість і розмір зварного шва. Хоча кругла форма на кінчику електрода є найбільш часто використовуваною формою, інші конструкції, такі як шестикутні та квадратні наконечники, були розроблені для спеціальних цілей. Інші електроди мають внутрішні канали для водяного охолодження, які допомагають зменшити їх нагрівання під час зварювання, отже, збільшуючи термін їх служби.

Точкове контактне зварювання широко застосовується в таких галузях, як автомобілебудування, де один кузов автомобіля потребує приблизно 10,000 XNUMX одноточкових зварних швів. Інше загальне використання включає прилади, металеві меблі та подібні вироби з листового металу. Його поширеність у масовому виробництві підкреслює його економічну та промислову важливість, оскільки тільки світове виробництво автомобілів досягає десятків мільйонів автомобілів щороку.

Обладнання для точкового зварювання

Існує три основні типи обладнання для точкового зварювання: машини з коромислом, зварювальні апарати пресового типу та переносні пістолети для точкового зварювання. Кожен з них найкраще підходить для конкретного застосування.

Апарати точкового зварювання з коромислом (такі, як показано нижче) широко використовуються для роботи з відносно невеликими заготовками. Конфігурація включає фіксований нижній електрод і плаваючий верхній електрод, який переноситься на коромисло. Рух верхнього електрода контролюється ножною педаллю, за допомогою якої оператор може піднімати або опускати його, щоб розпочати роботу через процедуру завантаження та розвантаження. Наприклад, такі машини придатні для роботи в невеликих навантаженнях, а сучасні типи часто містять програмовані елементи керування для керування силою та струмом під час циклу зварювання.

                   Машинка коромисла

Для більших і важчих заготовок кращим вибором є апарати точкового зварювання пресового типу. Це стаціонарні машини, у яких для прямолінійного руху верхнього електрода використовується вертикальний прес із пневматичним або гідравлічним приводом. Ця конструкція дозволяє застосовувати більш високі зусилля та вміщує складніші цикли зварювання, що робить їх незамінними для великомасштабного промислового застосування.

У ситуаціях, коли недоцільно використовувати стаціонарні апарати для точкового зварювання для роботи з великими та важкими деталями, ефективним рішенням є портативні пристрої з ручним керуванням. Легкі інструменти мають протилежні електроди, розміщені в кліщовому механізмі, що дозволяє людині чи промисловому роботу легко маневрувати ними. Портативні пістолети підключаються до систем живлення та керування за допомогою гнучких кабелів і шлангів із можливістю включення водяного охолодження електродів. Їх адаптивність також робить їх наріжними каменями на автоскладальних заводах, широко використовуються для зварювання кузовів автомобілів — часто під керуванням робота.

Процес точкового зварювання

Процес точкового зварювання складається з серії подій, які називаються циклом зварювання, і передбачає вставлення деталі, застосування сили, контроль часу зварювання та охолодження. Кожен етап циклу важливий для отримання міцного та надійного зварного шва. Етапи циклу точкового зварювання показані на малюнку нижче.

Цикл зварювання 
1. Занурення частин і первинний контакт
Металеві частини розміщені між двома мідними електродами. Потім ці електроди приводять у легкий контакт із поверхнею металів, застосовуючи до них певний тиск. На мікроскопічному рівні поверхня металів ніколи не буває гладкою; отже, лише вершини можуть торкнутися спочатку. У таких точках, коли прикладається достатній контактний тиск, шар оксиду розривається й утворюється кілька перемичок метал-метал. Графік зварювання забезпечує достатній час для того, щоб сила електрода досягла 95% від запланованої сили зварювання до початку потоку струму, забезпечуючи постійність і точність.

2. Подача зварювального струму
Коли необхідний тиск досягається, через електроди протягом дуже короткого періоду часу пропускається сильний електричний струм. У той час як проходження струму через об’єм металу поширюється на велику площу, на межі розділу, де метали торкаються один одного, струм тече через металеві перемички, і щільність струму в цій точці стає дуже високою. Щільність струму в цій точці виділяє достатньо тепла, щоб розплавити металеві містки.

Коли ці початкові містки плавляться і руйнуються, інші вершини на металевих поверхнях вступають у контакт один з одним, утворюючи нові містки. Опір розплавленого металу вищий порівняно з новоутвореними перемичками, і струм зміщується до новоутворених шляхів. Процес переходу від одного містка до іншого повторюється до тих пір, поки не розплавиться повна межа розділу і не утвориться самородок.

Споживання енергії в місці зварювання залежить від опору матеріалу, величини струму та часу зварювання. Має бути баланс; занадто низька витрата енергії створює неповне розплавлення, роблячи слабкий зварний шов; надлишок енергії спричиняє переплавлення, навіть до викиду розплавленого матеріалу, іноді пробиваючи отвір через з’єднання.

3. Охолодження і затвердіння

Після припинення струму протягом короткого часу зберігається сила електрода, щоб розплавлений метал міг охолонути та затвердіти під тиском. У більшості зварювальних систем електроди мають отвори для охолоджувача, які прискорюють це охолодження шляхом локального охолодження заготовки.

До кінця цього етапу процесу утворюється круглий самородок діаметром від 4 до 7 міліметрів. Такий самородок забезпечить міцне з’єднання без зварного шва з обох боків листа, зберігаючи структурну цілісність і зовнішній вигляд поверхні заготовки.

Шовне зварювання опором (RSEW)

Шовне зварювання опором (RSEW) — це більш досконалий варіант точкового зварювання опором, у якому паличкоподібні електроди замінюються колесами, що обертаються, як показано на малюнку нижче. Компонування забезпечує кілька зварних швів, що перекриваються, у з’єднанні внапуск і забезпечує міцні, герметичні шви. Контактне шовне зварювання широко використовується при виготовленні резервуарів, автомобільних глушників та інших контейнерів з листового металу. Це продовжує залишатися дуже важливим процесом з’єднання у виробництві міцних герметичних компонентів для багатьох галузей промисловості.

Ключові деталі процесу

Операція шовного зварювання зазвичай виконується на безперервній основі, і шви повинні бути прямими або мати рівномірну кривизну через проблеми, які виникають із гострими кутами та розривами. Для позиціонування заготовок і запобігання деформації, що є основною проблемою шовного зварювання, необхідні пристосування.
Три варіанти RSEW (зварювання безперервним рухом, точкове зварювання роликами та безперервне шовне зварювання) графічно представлені на малюнку нижче.

Ці методи виявляють гнучкість процесу:

Зварювання безперервним рухом: Це основний процес, у якому колеса електродів безперервно обертаються з постійною швидкістю, а зварювальний струм пульсує через рівні проміжки часу. Таким чином, зварювальні зварні з’єднання, що перекриваються, створюються завдяки синхронізації для послідовного та міцного шва.
Точкове зварювання опором коченню: це передбачає створення проміжків між зварювальними елементами шляхом зменшення частоти імпульсів зварювального струму. Таким чином, уривчасті плями зварювання створюються вздовж шва і найкраще підходять там, де потрібна менша безперервність зварювання.
Безперервне шовне зварювання: У цьому варіанті зварювальний струм постійний; отже, це дає повністю безперервний шов безперервно вздовж з’єднання.
Інший метод, зварювання з переривчастим рухом, циклічно зупиняє електродне колесо для створення зварних швів. Колесо обертається між упорами, і, отже, відстань між зварювальними елементами може створювати візерунки, подібні до тих, що зображені на а) і б) на малюнку вище.

Обладнання та охолодження

Апарати для шовного зварювання схожі на апарати точкового зварювання пресового типу, за винятком того, що їхні електроди мають форму колеса, а не палиці. Охолодження також необхідне в RSEW, щоб запобігти надмірному нагріванню як заготовки, так і електродних коліс. Це можна зробити, спрямувавши воду на верхню та нижню сторони поверхонь заготовки, що прилягають до електродних коліс.

Коротке порівняння точкового та шовного зварювання