فهرست مطالب

عنوان صفحه

سپاسگزاري

فرايندهاي جوشكاري 1

فرايند جوشكاري مقاومتي نقطه اي 11

اصطلاحات و بهسازي در نحوه جوشكاري نقطه اي 21

جوشكاري مقاومتي غلطكي 25

اصطلاحات و بهسازي براي جوشكاري مقاومتي غلطكي 28

فرايند جوش جرقه اي 31

فرايند جوش سربه سر 32

فرايند جوش تصادمي 32

نكات ايمني در جوشكاري و برشكاري 33

فرآيندهاي جوشكاري «مقاومتي» Resistance Welding

مقدمه و كليات : فرآيندهاي جوشكاري مقاومتي با فرآيندهاي قبلي تفاوت كلي دارد .اتصال دو سطح توسط حرارت و فشار توأماً انجام مي گيرد .فلزات به دليل مقاومت الكتريكي در اثر عبور جريان الكتريكي گرم شده و حتي به حالت مذاب نيز ميرسند كه طبق قانون ژول حرارت حاصل با رابطه زير تعيين ميشود.Q=KRI2t

=I شدت جريان( آمپر) ، R مقاومت( اهم)، t زمان( ثانيه) وQ ،حرارت (ژول).

فرآيندهاي قوس الكتريكي حرارت در روي كار بوسيله هدايت و تشعشع توزيع مي شود اما در فرآيندهاي جوشكاري مقاومتي حرارت در عرض داخلي و سطح مشترك دو ورق در موضع اتصال در اثر عبور جريان الكتريكي توليد و منتشر مي شود . جريان الكتريكي مذكور از طريق الكترودها و تماس آنها به سطح كار منتقل و يا از طريق ايجاد حوزه مغناطيسي احاطه شده در اطراف كا به قطعه القاء مي شود . هر چند هر دو روش بر اساس حرارت مقاومتي پايه گذاري شده است اما معمولاً نوع اول فرآيند جوشكاري مقاومتي و دومي به فرآيند جوشكاري القائي نيز مرسوم شده است .

فاكتورهاي شدت جريان و زمان از طريق دستگاه جوش قابل كنترل هستند ، اما مقاومت الكتريكي به عوامل مختلف بستگي دارد از جمله : جنس و ضخامت قطعه كار ، فشار بين الكترودها ، اندازه و فرم و جنس الكترودها و چگونگي سطح كار يعني صافي و تميزي آن .

مقاومت 3 مقاومت تماس بين دو ورق مهمترين قسمت است. فلزات داراي مقاومت الكتريكي كم بوده بالنتيجه مقاومتهاي 1و3و5 اهميت بيشتري پيدا مي كنند . مقاومتهاي 2و4 بستگي به ضريب مقاومت الكتريكي و درجه حرارت قطعه كار دارد .مقاومتهاي 1 و 5 ناخواسته بوده و بايد حتي المقدور آنرا كاهش داد . تميزي سطح كار و الكترود و نيروي فشاري وارد بر الكترود عوامل تقليل دهنده اين مقاومتها (1و5) مي باشند .

از نظر اقتصادي لازم است كه فاكتور زمان حتي المقدور كاهش يابد . كه در نتيجه جريان الكتريكي لحظه اي بالا در حدود 10000 – 3000 آمپر با ولتاژ 10 – 5/0 ولت مورد نياز است . انواع مختلف روش هاي جوشكاري مقاومتي به روش ايجاد مقاومت موضعي بالا و تمركز حرارت در نقطه مورد نظر ارتباط دارد ، ولي به هر حال تماس فيزيكي بين الكترودهاي ناقل جريان الكتريكي و قسمت هايي كه بايد متصل شوند نيز مورد نياز است . بطور كلي فرآيندهاي جوشكاري مقاومتي يكي از بهترين روش ها براي اتصالات سري است .

دستگاههاي جوشكاري مقاومتي شامل دو واحد كلي است : واحد الكتريكي (حرارتي) واحد فشاري(مكانيكي) . اولي باعث بالا بردن درجه حرارت موضع مورد جوش و دومي سبب ايجاد فشار لازم براي اتصال دو قطعه لب رويهم در محل جوش است .

منبع معمولي تأمين انرژي الكتريكي ، جريان متناوب 220 يا250 ولت است كه براي پائين آوردن ولتاژ و افزايش شدت جريان (به مقدار مورد لزوم براي جوشكاري مقاومتي) از ترانسفورماتور استفاده مي شود .كه سيم پيچ اوليه با سيم نازكتر و دور بيشتر و ثانويه با سيم كلفتر و دور كمتر (اغلب يك دور ) به الكترودها متصل است .

جريان الكتريكي از طريق دو الكترود (فك ها) به قطعه كار و موضع جوش هدايت مي شود كه معمولاً الكترود پائين ثابت و بالايي متحرك است .الكترود همانند گيره يا فك ها دو قطعه را دروضعيت لازم گرفته و جريان الكتريكي براي لحظه معين عبور مي كند كه سبب ايجاد حرارت موضعي زير دو الكترود در سطح مشترك دو ورق مي شود. جريان الكتريكي در سطح تماس باعث ذوب منطقه كوچكي از دو سطح شده و پس از قطع جريان و اعمال فشار معين و انجماد آن ، دو قطعه به يكديگر متصل مي شوند .

الكترود در فرآيند هاي مختلف مقاومتي مي تواند به اشكال گوناگوني باشد كه داراي چندين نقش است از جمله : هدايت جريان الكتريكي به موضع اتصال ، نگهداري ورقها بر رويهم و ايجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمركز سريع حرارت در موضع اتصال الكترود بايد داراي قابليت هدايت الكتريكي و حرارتي بالا و مقاومت «اتصالي» يا تماسي (contact resistance) كم و استحكام و سختي خوب باشد ،علاوه بر آن اين خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن كار نيز حفظ كند .ازاين جهت الكترود ها را از مواد آلياژي مخصوص تهيه مي كنند كه تحت مشخصه يا كد RWMA به دو گروه A آلياژهاي مس و B فلزات دير گدار تقسيم بندي مي شوند ، در جدول (1001) و (1101) مشخصات اين دو گروه درج شده است .

مهمترين آلياژهاي الكترود مس ـكرم ، مس ـ كادميم ، و يا برليم ـكبالت ـ مس مي باشد .اين آلياژها داراي سختي بالا و نقطه انيل شدن بالائي هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتي نرم نشوند ، چون تغيير فرم آنها سبب تغيير سطح مشترك الكترود با كار مي شود كه ايجاد اشكالاتي مي كند كه در دنباله اين بخش اشاره خواهد شد .

همانطور كه قبلاً اشاره شد قسمت هائي كه قرار است بيكديگر متصل شوند بايد كاملاً برروي يكديگر قرار داشته و در تماس با الكترود باشند تا مقاومتهاي الكتريكي «تماسي» R1 وR5 كاهش يابد . مقاومت الكتريكي بالا بين نوك يا لبه الكترود و سطح كار سبب بالا رفتن درجه حرارت در محل تماس مي شود كه اولاً مرغوبيت جوش را كاهش مي دهد (جوش مقاومتي ايدآل جوشي است كه علاوه بر استحكام كافي علامتي در سطح آن ملاحظه نشود ) .

ثانياً مقداري از انرژي تلف مي شود .

روشهاي مختلفي براي اعمال فشار پيش بيني شده است كه دو سيستم آن معمول تر است :

الف : سيستم مكانيكي همراه با پدال ، فنر و چند اهرم

ب : سيستم هواي فشرده با دريچه هاي اتوماتيك مخصوص كه در زمان هاي معيني هواي فشرده وارد سيستم مي شود . اين فشار و زمان قابل تنظيم و كنترل است .

در سيستم اول به علت استفاده از نيروي كارگر ممكن است فشار وارده غير يكنواخت و در بعضي موارد كه دقت زيادي لازم است مناسب نباشد، اما در مقابل ارزان و ساده است .در سيستم هواي فشرده همانطور كه اشاره شد دقت و كنترل ميزان فشار و زمان اعمال فشار بمراتب بيشتر است .

اين فرآيند جوشكاري براي اتصال فلزات مختلف بكار گرفته مي شود و سؤالي كه مطرح جدول (1001) بعضي مشخصات گروه B از الكترود هاي فرآيند جوشكاري مقاومتي خواهد شد اينست كه چگونه خواص فيزيكي اين فلزات ممكن است بر روي خواص جوش يا موضع اتصال تأثير بگذارد ؟

همتنطور كه اشاره شد حرارت براي بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جريان الكتريكي و مقاومت الكتريكي بوجود مي آيد و يا با بيان ديگر مقاومت الكتريكي بزرگتر در زمان و شدت جريان معين توليد حرارت بالاتري مي كند و برعكس . مقاومت الكتريكي يك هادي بستگي مستقيم به طول و نسبت معكوس به سطح مقطع دارد . البته جنس هادي هم كه ميزان ضريب مقاومت الكتريكي است خالي از اهميت نيست ، (قانون اهم R=PI/S) . بنابراين خصوصيت جوشكاري مقاومتي با تغيير ضخامت ورق ، تغيير مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغيير مي كند .

با توجه به اين توضيحات جوشكاري مقاومتي بر روي ورق آلومينيمي(با ضخامت و مقطع تماس الكترود ثابت) در مقايسه با ورق فولاد زنگ نزن به شدت جريان بيشتري نياز است (87/2=9/19P= 70stainless steel P= ). ميكرواهم سانتيمتر ). (Mild steel Ap) البته چگونگي حالتهاي تماس الكترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل ديگر هستند كه فشار الكترود ها و ناخالصي ها در بين سطوح مي توانند بر روي اين مقاومت ها مؤثر باشند .اثر فشار در موضع اتصال بر روي مقاومت الكتريكي تماس در سه حالت تميزي مي باشد.

فاكتور فيزيكي مهم ديگر هدايت حرارتي قطعات مورد جوش مي باشد كه با ضريب هدايت حرارتي مشخص مي شود .جالب توجه اينكه فلزات با هدايت الكتريكي خوب داراي هدايت حرارتي بالا هم مي باشند . بنابراين در جوشكاري مقاومتي اين گونه فلزات يا آلياژ ها به شدت جريان بالاتر و زمان عمل كوتاهتر نياز دارند ، چون حرارت به اطراف هدايت شده و اگر تمركز و شدت حرارت لازم در موضع اتصال نباشد جوشي انجام نخواهد گرفت .

در مورد فولاد معمولي نيازي به شدت جريان بالا و زمان كوتاه نيست ، اما در بعضي موارد (فولادهاي خاص سختي پذير) زمان جوشكاري زياد احتمال جدايش رسوب كاربيد(Carbide Precipitation) را افزايش مي دهد بنابراين در اين حالت ها نيز بايد زمان عمليات جوشكاري كوتاه تنظيم شود .

خواص فيزيكي ديگر قطعه كار كه در اين فرآيند خالي از اهميت نيست : گرماي ويژه و ضريب انبساط حرارتي است . اولي براي محاسبه حرارت مورد نياز براي ذوب موضع جوش و دومي از نظر تنش هاي باقيمانده ، پيچيدگي و احتمال ايجاد تركيدگي قابل ملاحظه است (گاهي اوقات عمليات حرارتي پس از جوشكاري لازم ا ست تا پيچيدگي كاهش يابد ) .

با توجه به نكات فوق مي توان :

الف : فولادهاي معمولي را بدون مشكل خاصي جوش مقاومتي داد.

ب : فولادهاي سختي پذير (Hardenab Steel) ،چون در الكترود سيستم آبگرد وجود دارد محل جوش و احياناً اطراف آن سريع سرد شده و ترد و شكننده مي شود و گاه لازم است عمليات حرارتي انيل كردن برروي آنها انجام شود .

ج : فولادهاي زنگ نزن (Stainless Steel) ، فولادهاي فريتي و مارتنزيتي كمتر با اين روش جوش داده مي شود . اما فولادهاي آوستيني پايدار و ناپايدار را به راحتي مي توان از طريق جوش مقاومتي اتصال داد ، به ويژه اينكه هدايت حرارتي و الكتريكي كمتري نسبت به فولادهاي معمولي دارند و بايد سيكل جوش را در زمان كوتاهتر انجام داد . البته از نظر مقاومت خوردگي محل جوش و اطراف آن مسايل مهمي وجود دارد كه هنوز هم تحقيقات زيادي را به خود اختصاص داده است .

د : فولادهاي پوشش داده شده (Steel With Protective Coation) فولادها با مواد مختلف و روشهاي گوناگون پوشش داده مي شود كه اندود قلع ، روي و يا رنگ از آن جمله اند در مورد پوشش انواع رنگ كه اغلب هادي جريان الكتريكي نيستند بايد حتماً محل جوش از رنگ تميز شود . اما فولادهاي گالوانيزه شده و پوشش قلع و غيره قابل جوشكاري مقاومتي هستند ، ولي به علت نقطه ذوب پائين اين پوشش ها مقداري از آنها در محل و اطراف موضع جوش از بين مي روند و از نظر عمل محافظت ضعيف مي شوند و مقداري هم به الكترود مي چسبند كه بالنتيجه در مورد تميز كردن نوك الكترود ها در اين مواقع دقت بيشتري لازم است . البته مخلوط شدن اين مواد از قبيل قلع و روي به مذاب جوش سبب تردي جوش نيز مي شود كه در مواقعي كه نياز به استحكام و انعطاف پذيري معيني باشد بايد سطوح تماس دو ورق را تميز كرد . گاهي لازم است شرايط فشار و آمپر نيز تغيير كند .

ح : فلزات غير آهني ، آلياژهاي آلومينيم ، آلومينيم ـ منيزيم و آلومينيم ـ منگنز قابل جوشكاري مقاومتي هستند مشروط بر آنكه سطح اكسيدي محل جوش تميز شده و ظرفيت دستگاه جوش باندازه كافي باشد . آلياژهاي آلومينيم ـ مس ، برنج و برنز براي اين نوع جوشكاري مناسب نيستند . مس به علت هدايت الكتريكي و حرارتي بالا به دستگاه با ظرفيت خيلي بالا و الكترود هاي سطح سخت و يا تنگستن نيازمند است و معمولاً ورق هاي ضخامت بالاتر از 6/1 ميليمتر را با روش هاي ديگر جوشكاري اتصال مي دهند. آلياژ مونل و آلياژهايي نيكل شبيه فولادهاي زنگ نزن هستند .