Контактне зварювання (RW) охоплює низку методів зварювання плавленням, які досягають коалесценції за допомогою суміші тепла та тиску. Тепло виробляється на з'єднанні, яке має бути зварене електричним опором струму. Основні елементи контактного зварювання показані на малюнку нижче для найпопулярнішого методу в групі, операції контактного точкового зварювання. Деталі, що підлягають зварюванню (часто частини з листового металу), два протилежні електроди, спосіб притискання частин між електродами та джерело змінного струму, яке може подавати контрольований струм, є компонентами. У процесі точкового зварювання між двома компонентами створюється зона зварювання, відома як зварний кусок.
Для контактного зварювання не потрібні захисні гази, флюс або присадний метал, як для дугового зварювання, а електроди, які передають електричну енергію, не є витратними. Зварювання RW класифікується як зварювання плавленням, оскільки стикаються поверхні практично незмінно плавляться під час нагрівання. Однак є певні винятки. Щоб запобігти плавленню, у певних методах зварювання, заснованих на нагріванні опором, використовуються температури, нижчі за точки плавлення основних металів.
Процес контактного зварювання включає кілька ключових змінних, таких як властивості електрода, зварювальний струм, сила електрода та тривалість струму. Контактне зварювання є ефективним і швидким процесом зварювання, оскільки він потребує струму, який може бути в десять-сто разів більший, ніж струм дугового зварювання, хоча фактичний час зварювання зазвичай становить менше секунди.
Джерело енергії та теплогенерація в РАВ
При контактному зварюванні (RW) опір ланцюга, струм і тривалість застосування струму впливають на теплову енергію, необхідну для зварювання. Наступний математичний вираз представляє це співвідношення:
H=I2 Rt
де �� – виділене тепло в джоулях (щоб перетворити на Btu, поділіть на 1055); �� – сила струму в амперах; �� – електричний опір в Омах; а �� – час у секундах.
Процеси контактного зварювання часто включають дуже високі струми (від 5000 до 20,000 10 А) з відносно низькою напругою (зазвичай нижче 0.1 В). У більшості процедур тривалість струму (t) мала; наприклад, стандартна операція точкового зварювання може тривати від 0.4 до 0.0001 секунди. Оскільки опір у RW дуже низький (близько XNUMX В), а квадратна частина у рівнянні вище посилює дію струму, використовується великий струм. Комбінація опорів заготовок, електродів, контактних опорів між електродами та заготовками, а також контактного опору поверхонь подачі призводить до опору в зварювальному ланцюзі. Тому тепло виробляється в кожній із цих зон електричного опору. Оскільки переважним місцем зварного шва є контактні поверхні, оптимально, щоб вони мали найбільший опір у сумі. Використання таких металів, як мідь, які мають надзвичайно низький питомий опір, зменшує опір електродів. Щоб розсіяти вироблене там тепло, електроди часто охолоджують водою. Опір робочої частини визначається товщиною деталі та питомим опором основних металів. Розмір, форма та площі контакту електрода, а також умови поверхні (такі як окалина електрода та чистота робочих поверхонь) визначають контактний опір між електродами та деталями.
Зрештою, обробка поверхні, гігієнічні умови, площа контакту та тиск – усе це впливає на опір поверхонь, що стикаються. Не повинно бути жодних домішок, які відокремлюють контактні поверхні, наприклад фарби, масла або бруду.
Тиск так само важливий для успіху контактного зварювання, як і тепло. Під час контактного зварювання (RW) головна мета тиску полягає в тому, щоб притиснути поверхні, що зближуються, щоб досягти злиття, коли буде досягнута правильна температура зварювання, і примусити контакт між двома робочими поверхнями та електродами перед подачею струму.
Переваги та недоліки контактного зварювання
Контактне зварювання є поширеним варіантом для промислового застосування через його численні переваги. Його ефективність і швидкість, які забезпечують високі показники виробництва, є двома головними перевагами. Для процесу не потрібні присадки, і оскільки тепло локалізовано, існує менша ймовірність згинання сусідніх компонентів. Контактне зварювання також чудово підходить для автоматизації, що робить його ідеальним для великомасштабного виробництва. Оскільки нагрівання можна точно регулювати, отримані зварні шви є міцними, точними та точними. Цей підхід також економічно ефективніший, оскільки вимагає менше оздоблювальних робіт і менше енергії, ніж багато інших, і він безпечніший, ніж багато інших, оскільки не виділяє диму чи іскор.
Проте контактне зварювання має кілька недоліків. Для деяких операцій може бути складно отримати необхідне обладнання, оскільки воно часто є дорогим і спеціалізованим. Він обмежує типи металів, які можна зварювати, працюючи лише з матеріалами, які мають високий електричний опір. Через обмежене тепло великі деталі важко зварювати, тому точне вирівнювання компонентів має важливе значення для запобігання слабких з’єднань. Нерівномірне розширення або звуження матеріалів, спричинене нагріванням, може призвести до викривлення, що потенційно може стати проблемою. Попри ці труднощі, контактне зварювання все ще є корисною технологією в багатьох виробничих контекстах.
Основні процеси контактного зварювання
Три основні процеси контактного зварювання, що мають комерційне значення, це контактне точкове зварювання (RSW), контактне шовне зварювання (RSEW) і виступаюче зварювання (RPW).
Точкове зварювання опором (RSW)
Точкове зварювання опором (RSW) є найпоширенішим методом у своєму класі та широко використовується в масовому виробництві приладів, автомобілів, металевих меблів та інших виробів з листового металу. Економічне значення контактного точкового зварювання стає зрозумілим, якщо врахувати, що середній кузов автомобіля має приблизно 10,000 XNUMX точкових зварних швів і що річне виробництво автомобілів досягає десятків мільйонів у всьому світі.
Контактне точкове зварювання (RSW) — це метод RW, при якому протилежні електроди з’єднують з’єднані поверхні внапуск в одному місці. Цей метод застосовується до компонентів з листового металу товщиною 3 мм (0.125 дюйма) або менше, коли герметична збірка не потрібна. Для з’єднання компонентів використовується послідовність точкових зварних швів. Хоча круглі електроди є найпоширенішою формою електродів, також можна використовувати квадратну, шестикутну та інші форми, кінчик електрода визначає розмір і форму місця зварювання.
Отриманий кусок зварного шва зазвичай має діаметр від 5 до 10 мм (0.2 і 0.4 дюйма), а основні метали знаходяться трохи за межами куска, де поширюється зона термічного впливу. Міцність зварного шва повинна бути порівнянна з навколишнім металом, якщо він виконаний правильно. Наступний малюнок ілюструє етапи циклу точкового зварювання.
Для виготовлення електродів RSW використовуються дві основні категорії матеріалів: сплави на основі міді та суміші тугоплавких металів, таких як мідь і вольфрам. Більша зносостійкість другої групи загальновідома. У точковому зварюванні, як і в більшості виробничих процесів, інструмент поступово старіє з використанням. Електроди по можливості виконуються з внутрішніми водоохолоджуючими проходами. Завдяки широкому промисловому використанню точкове зварювання можна виконувати різними інструментами та техніками. Апарат складається з портативних пістолетів для точкового зварювання, а також машин для точкового зварювання з пресом і коромислом. Апарати точкового зварювання з коромислом оснащені рухомим верхнім електродом, який можна піднімати й опускати для полегшення завантажувальних і розвантажувальних робіт. Нижній електрод залишається нерухомим. Верхній електрод прикріплений до коромисла (відтак і назва), рухом якого керує ножна педаль працівника.
Силу і струм протягом усього циклу зварювання можна контролювати за допомогою програмування в сучасному обладнанні. Апарати точкового зварювання з пресами призначені для більш важких робіт. Вертикальний прес, що приводиться в дію гідравлічною або пневматичною силою, створює прямолінійний рух для верхнього електрода. Завдяки пресу можна використовувати більші зусилля, а складні цикли зварювання зазвичай можна програмувати за допомогою елементів керування. Завдання стосується двох попередніх типів апаратів, які є стаціонарними апаратами точкового зварювання. Важко перенести та розмістити деталь у стаціонарному обладнанні для масивних, важких завдань. Портативні пістолети для точкового зварювання доступні в різних розмірах і комбінаціях, щоб відповідати цим ситуаціям. Ці пристрої складають два протилежні електроди, що тримаються в кліщовому механізмі. Оскільки кожен елемент є легким, промисловий робот або людина-працівник може схопити його та керувати ним. Гнучкі електричні кабелі та повітряні шланги використовуються для підключення гармати до власного джерела живлення та керування. При необхідності також можна використовувати водяний шланг для подачі води для охолодження електродів. Точкове зварювання кузовів автомобілів - звичайне завдання для мобільних зварювальних пістолетів на автоскладальних заводах. Хоча люди все ще керують деякими з цих гармат, промислові роботи зараз є технологією вибору.
Шовне зварювання опором (RSEW)
Шовне зварювання опором (RSEW) — це техніка, яка створює послідовність точкових швів, що перекриваються, уздовж з’єднання внахлест, використовуючи колеса, що обертаються, а не електроди у формі паличок, як у точковому зварюванні. Ця процедура, показана на малюнку нижче, часто використовується у виробництві контейнерів з листового металу, автомобільних глушників і бензинових баків, оскільки вона створює герметичні з’єднання. Хоча точкове зварювання та RSEW по суті ідентичні, RSEW передбачає додаткову складність через колісні електроди та безперервний аспект операції.
Безперервна робота в RSEW означає, що шви повинні бути уздовж прямої або рівномірно вигнутої лінії, оскільки гострі кути та розриви можуть створювати проблеми. Крім того, більше занепокоєння викликає деформація деталей, що вимагає пристосувань для утримання заготовок на місці та мінімізації викривлення.
Прикладення зварювального струму та рух електродних коліс у RSEW визначають відстань між зварювальними шматками. У найпопулярнішій техніці, що називається зварюванням безперервним рухом, відповідний відстань між точковими зварними швами досягається шляхом періодичної пульсації струму, коли колеса обертаються з постійною швидкістю. Області зварювання, що перекриваються, зазвичай є результатом такої конфігурації. З іншого боку, процес, відомий як рулонне точкове зварювання, дозволяє утворювати проміжки між точками зварювання, якщо частота струму зменшується. Крім того, безперервний зварний шов можна досягти, підтримуючи постійний зварювальний струм. На малюнку нижче показано ці варіації.
Іншим варіантом RSEW є зварювання з переривчастим рухом, при якому кожне точкове зварювання виконується шляхом регулярної зупинки електродного колеса. Відстань між зонами зварювання визначається рухом колеса між упорами, що призводить до візерунків, схожих на малюнки (a) і (b) вище.
У той час як електродні колеса використовуються замість паличкоподібних електродів, апарати для шовного зварювання схожі на апарати точкового зварювання пресового типу. Під час RSEW часто потрібне охолодження заготовки, а також електродних коліс. Вода зазвичай спрямовується на верхню та нижню сторони поверхонь заготовки поблизу електродних коліс для здійснення цього охолодження.
Контактне зварювання (RPW)
Контактне зварювання (RPW) — це процес контактного зварювання, при якому коалесценція відбувається в невеликих заздалегідь визначених точках контакту на частинах, що з’єднуються. Ці точки контакту можуть бути виступами, тисненнями або локальними з’єднаннями, вбудованими в самі частини. Наприклад, при з’єднанні двох компонентів з листового металу верхній компонент може бути виготовлений із заглибленими краями, які входять у перший контакт із нижнім компонентом, як показано на малюнку нижче. Зниження витрат на зварювання може збалансувати процедуру тиснення, незважаючи на те, що зовнішній вигляд цього збільшує вартість деталі.
Контактне зварювання виступає в двох варіантах, які зображено на малюнку нижче. Один із варіантів дозволяє RPW постійно з’єднувати кріпильні елементи з фасонними або обробленими виступами до листа чи пластини, полегшуючи майбутні процедури складання. Для виготовлення виробів із зварного дроту, таких як візки для покупок, решітки для печей і дротяні огорожі, використовується інший варіант, відомий як зварювання перехресним дротом. Поверхні дотику круглих дротів виступають у цьому процесі як виступи, допомагаючи локалізувати тепло опору, необхідне для зварювання.
Інші операції контактного зварювання
На додаток до основних процедур контактного зварювання, які були розглянуті раніше, наступні альтернативні методи підпадають під цю категорію, і їх також слід визнати: зварювання оплавленням (FW), зварювання висадкою (UW), ударне зварювання (PEW) і високочастотне зварювання. зварювання (HFRW).
Плавне зварювання (FW)
Зварювання оплавленням (FW) переважно використовується для стикових з'єднань. Процес передбачає зближення поверхонь, які необхідно зварити, і нагрівання їх до точки плавлення за допомогою електричного струму. Залежно від ступеня контакту з поверхнею цей процес включає утворення дуги, яке іноді називають спалахуванням. Тому FW іноді включається в групу дугового зварювання. Після нагрівання поверхні з’єднуються, щоб отримати зварний шов, що часто потребує додаткової механічної обробки, щоб гарантувати незмінні розміри з’єднання. FW використовується у високошвидкісних, економічних процесах, включаючи з’єднання кінців дроту під час волочіння дроту та стикове зварювання сталевих смуг на прокатних станах.
Зварювання осадкою (UW)
Подібно до FW, зварювання осадом (UW) поєднує фази нагрівання та пресування в єдиний технологічний цикл. На відміну від FW, UW нагрівається лише за рахунок електричного опору на контактних поверхнях, не включаючи дугу. При досягненні температури нижче точки плавлення, облицьовані поверхні зливаються під підвищеним тиском, що спричиняє пошкодження матеріалів в області контакту. Незважаючи на те, що UW має декілька спільних застосувань із FW, наприклад з’єднання дроту, труб і труб, це не зовсім техніка зварювання плавленням, як деякі інші згадані.
Ударне зварювання (PEW)
Подібно до FW, ударне зварювання (PEW) використовує неймовірно короткі цикли зварювання — від однієї до десяти мілісекунд — у своїй роботі. Коли електрична енергія різко виділяється між поверхнями, які потрібно з’єднати, відбувається швидке нагрівання. Потім компоненти з’єднуються разом шляхом застосування ударної сили. Для електронних застосувань, де важливі компактні розміри та суміжні компоненти, чутливі до тепла, локальне нагрівання PEW ідеально підходить.
Високочастотне контактне зварювання (HFRW)
Змінний струм високої частоти використовується під час високочастотного зварювання опором (HFRW) для нагрівання металевих поверхонь перед тим, як буде застосовано силу витягування для завершення зварювання. Ця техніка, яка працює на частотах від 10 до 500 кГц, гарантує, що скін-ефект високочастотного струму концентрує тепло на зварному з’єднанні. У подібній процедурі під назвою високочастотне індукційне зварювання (HFIW) індукційна котушка використовується для створення струму замість прямого електричного контакту. Для безперервного зварювання, наприклад для з’єднання поздовжніх швів металевих труб, HFRW і HFIW підходять. Ці методи корисні для різноманітних промислових процесів завдяки їхній здатності створювати послідовні, високоякісні зварні шви в умовах високошвидкісного виробництва.
Посилання
Groover, MP, 2010. Основи сучасного виробництва: матеріали, процеси та системи. 4-е вид. Гобокен, Нью-Джерсі: John Wiley & Sons, Inc.
