جوشکاری نقطه ای

دستگاه جوش نقطه ای

دستگاه جوش نقطه ای معمولا شامل سه بخش اصلی است. یک مدار الکتریکی، تحهیزات کنترلی و یک سیستم مکانیکی. انواع دستگاه جوش نقطه ای وابسته به نوع انتقال نیرو یا جهت جریان وجود دارند.

مدار الکتریکی دستگاه جوش نقطه ای

مدار الکتریکی دستگاه جوش نقطه ای از یک ترانسفورماتور جوشکاری ، یک سیستم کنترل قدرت و یک مدار ثانویه تشکیل شده است. مدار ثانویه شامل الکترودهایی است که جریان جوشکاری را به قطعه کار منتقل می کنند. در بعضی از انواع دستگاه جوش نقطه ای ، سیستمی تدارک دیده شده است که جریان را جریان را ذخیره کند. در دستگاه جوش نقطه ای می توان از جریان های متناوب و مستقیم استفاده کرد. در دستگاه جوش نقطه ای با مدار مستقیماز ترانسفورمری استفاده می شود که برق متناوب را به جریانی مستقیم با آمپر بالا و ولتاژ پایین بدل می کند. با فشار دادن پدال، جریان ایجاد شده به طور مستقیم توسط الکترود به فلز منتقل می شود.

الکترود جوشکاری نقطه ای

الکترود استفاده شده در دستگاه جوش نقطه ای باید رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا و مقاومت تماسی پایینی داشته باشد. الکترود مناسب جوشکاری نقطه ای ، قطعه فلزی را نباید بسوزاند یا با فلز تحت اتصال ترکیب آلیاژی تشکیل دهد. به علاوه، الکترود باید مقاومت کافی به تغییر شکل در دما و فشار بالا داشته باشد تا طی فرایند تغییر شکل ندهد. همچنین الکترود باید دارای هدایت حرارتی بالایی باشد تا بتواند سرعت سرمایش منطقه اتصال را افزایش دهد. الکترود دستگاه جوش نقطه ای وظیفه جلوگیری از اعوجاج قطعه را نیز ایفا می کند.

معمولا در دستگاه جوش نقطه ای از الکترودهای ساخته شده از آلیاژهای مس استفاده می شود. پر کاربرد ترین آلیاژ های استفاده شده در ساخت این الکترودها، آلیاژهای مس – کروم ، مس – کادمیم یا برلیم – کبالت – مس هستند. الکترودها معمولا عمری در حد 5000 تا 10000 سیکل جوشکاری دارند. در صورت جوشکاری مقاومتی نقطه ای فولادهای گالوانیزه ، عمر الکترودها به 500 تا 2000 سیکل جوشکاری کاهش می یابد.

تجهیزات کنترلی دستگاه جوش نقطه ای

تجهیزات کنترلی دستگاه جوش نقطه ای ، وظایف متعددی را ایفا می کنند. سیستم انتقال جریان به ترانسفورماتور را قطع یا وصل می کنند. بزرگی جریان را کنترل می کنند. زمان بندی وارد شدن فشار الکترود و برداشته شدن آن را تنظیم می کنند.

سیستم های مکانیکی دستگاه جوش نقطه ای

سیستم های مکانیکی اعمال و برداشته شدن فشار الکترود روی قطعه در دستگاه جوش نقطه ای ، به شکل های پنوماتیکی، هیدرولیکی، مغناطیسی و مکانیکی تقسیم می شود. نرخ اعمال فشار باید سریع باشد، اما به گونه ای کنترل شود که با قطعه برخورد شدید نداشته باشد. در بعضی از انواع دستگاه جوش نقطه ای سیستم هایی تدارک دیده شده اند که بر اساس ضخامت و جنس قطعه، کنترل بیشتری روی فرایند اعمال فشار داشته باشند.

انواع دستگاه جوش نقطه ای

دستگاه های جوش نقطه ای اهرمی ساده ترین نوع دستگاه های جوش نقطه ای هستند. در این دستگاه، توسط پدال پا به یک اهرم نیرو وارد شده و اهرم ها به طور مکانیکی یا هیدرولیکی الکترود را حر کت می دهند. کنترل زمان بندی در این دستگاه بسیار دشوار و احتمال خرابی الکترودها بسیار بالا است. این دستگاه ها برای جوشکاری نقطه ای ورق های نازک فولاد کربنی استفاده می شوند. بین انواع دستگاه جوش نقطه ای ، قیمت دستگاه جوش نقطه ای اهرمی به مراتب کمتر است.

دستگاه های جوش نقطه ای پرسی نیز با پدال کار می کنند. اما نقش پدال در این نوع دستگاه، اتصال جریان برای شروع فرایند است. بین انواع دستگاه جوش نقطه ای ، قیمت دستگاه جوش نقطه ای پرسی بیشتر بوده و پر کاربرد تر نیز است.

دستگاه جوش نقطه ای دستی یا قابل حمل نیز برای انجام اتصالاتی به کار می روند که خارج از کارگاه انجام می شود یا دسترسی به آن ها مشکل است. اتصال این دستگاه ها به ترانسفورماتور به وسیله کابل انجام می شود.

کاربرد جوشکاری نقطه ای

در صنعت خودرو سازی، جوشکاری مقاومتی نقطه ای و جوشکاری لیزر از جمله روش‌ های مورد استفاده در ساخت بدنه خودرو می ‌‌باشند. اجزای مختلف خودرو‌ ها (بدنه، درها و …) از ورق‌ های نازک فلزات، ساخته شده اند که با جوش‌ نقطه‌ای به هم متصل شده اند. به طور متوسط یک خودرو بیشتر از 5000 جوش نقطه ای دارد. از جوشکاری نقطه ای در مصارف خانگی، ساختمانی و هوافضا استفاده می شود.

جوشکاری نقطه ای سرعت و امکان اتوماسیون بسیار بالایی دارد. در نتیجه تعداد بسیار زیادی ورق در صنایع با خط تولید بالا با حداقل سرعت توسط این فرایند اتصال داده می شوند. عدم نیاز این فرایند به اپراتور ماهر نیز موجب پایین آمدن قیمت جوشکاری نقطه ای می شود. در ضمن طیف وسیعی از فلزات مختلف، با جوشکاری مقاومتی نقطه ای قابل اتصال دهی هستند.

سیکل جوشکاری نقطه ای

سیکل جوشکاری نقطه ای به چهار بخش تقسیم می شود: زمان فشار، زمان جوشکاری ، زمان نگه داری و زمان خاموشی. زمان خاموشی برای مواقعی استفاده می شود که فرایند جوش نقطه ای باید به تعداد زیادی تکرار شود.

در زمان فشار، فشار اولیه توسط الکترود وارد می شود اما جریان منتقل نمی شود. در زمان جوشکاری ، الکترود جریان را به قطعه منتقل می کند و در زمان نگه داری، جریان قطع می شود و فشار تا لحظه انجماد ادامه می یابد. سپس زمانی در نظر گرفته می شود که الکترود تا اتصال بعدی سرد شود که به آن زمان خاموشی می گویند.

جوشکاری نقطه ای انواع فلزات

انواع گوناگونی از فلزات معمولا با فرایند جوشکاری نقطه ای اتصال داده می شوند. فولادهای کم کربن، فولادهای سختی پذیر، زنگ نزن و پوشش داده شده، همچنین آلیاژهای پایه نیکل، مس، آلومینیوم و تیتانیم از این دسته فلزات هستند.

جوش پذیری فلزات مختلف به وسیله فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بستگی به عوامل مختلفی دارد که به اختصار شرح داده می شود.

جوشکاری نقطه ای فلزات آهنی

جوشکاری نقطه ای در اتصال دهی فولادهای کم کربن به نحو بسیار قابل قبولی عمل می کند. جوشکاری این فولادها محدودیت خاصی ندارد. فولادهای پر کربن یا فولادهای سختی پذیر پر آلیاژ معمولا بعد از اتصال دهی توسط جوش نقطه ای ، نیاز به عملیات حرارتی بعد از جوشکاری دارند. این نوع فولادها ، بعد از جوشکاری ساختار سخت و شکننده ای تشکیل می دهند. فولادهای زنگ نزن به انواع فریتی، آستنیتی و مارتنزیتی تقسیم می شوند. انواع فریتی ، جوش پذیری نامناسبی با جوشکاری مقاومتی نقطه ای دارند و عملیات حرارتی پذیر نیستند. جوش نقطه ای انواع آستنیتی ، موجب بروز کاربید و اعوجاج زیادی می شود و نیاز به جریان و زمان پایین دارد. انواع مارتنزیتی ، به خوبی جوش پذیر هستند. اتصال دهی اغلب فولادهای دارای پوشش به وسیله فرایند جوشکاری نقطه ای انجام پذیر است. هر چند جوشکاری نقطه ای ورق گالوانیزه توصیه نمی شود.

جوشکاری نقطه ای فلزات غیر آهنی

اتصال دهی آلیاژهای پایه نیکل بستگی به عناصر استفاده شده در آلیاژ دارد. اغلب آلیاژهای پایه نیکل به آسانی اتصال داده می شوند. جوشکاری نقطه ای آلیاژ های پایه نیکل ریخته گری شده اغلب دشوارتر از باقی آلیاژهای این دسته است. قابلیت جوش پذیری آلیاژهای پایه مس به مقاومت آن ها بستگی دارد. جوشکاری مقاومتی نقطه ای آلیاژهای برنج قرمز که مقاومت زیادی ندارند، به شدت دشوار است. جوش نقطه ای آلیاژهای مینزیم ، تیتانیوم و آلومینیوم هم به آسانی انجام می گیرد. توصیه می شود در جوشکاری مقاومتی نقطه ای این آلیاژها از زمان کم و جریان زیاد استفاده شود.

ریزساختار جوشکاری نقطه ای

به علت سیکل گرمایی جوش نقطه‏ای ، یک ساختار غیر همگن در اطراف این جوش ها تشکیل می شود.

مناطق ریزساختاری مختلف جوش های مقاومتی نقطه ای بدین شرح است.

منطقه ذوب یا دکمه جوش نقطه ای

طی فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای ، فصل مشترک بین دو ورق ابتدا به علت مقاومت بالای اتصال ورق با ورق، ذوب شده و سپس منجمد می ‌گردد. بنابراین ساختار آن به صورت ریختگی بوده و شامل دانه های ستونی شکل می باشد. اندازه منطقه ذوب یا عرض دکمه جوش در سطح مشترک ورق با ورق و در جهت طولی، عاملی بسیار مهم در تعیین کیفیت جوشکاری مقاومتی نقطه ای است.

منطقه متاثر از حرارت (HAZ) جوشکاری نقطه ای

طی فرآیند جوشکاری نقطه ‏ای ، این منطقه ذوب نمی ‌شود، با این حال دستخوش تغیرات ساختاری می گردد. خواص این منطقه بطور قابل ملاحظه ای بر کیفیت جوش نقطه ای تاثیرگذار است.

فلز پایه

این ناحیه طی فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای ، هیچگونه تغییرات متالورژیکی از خود نشان نمی ‏دهد.

عوامل موثر بر شکست جوشکاری نقطه ای

عوامل موثر بر جوشکاری نقطه ای در این بخش معرفی می شوند. ابتدا در رابطه با شکست در جوش نقطه ای توضیح داده می شود.

شکست در جوشکاری نقطه ای

بطور کلی برای جوشکاری مقاومتی نقطه ای 2 حالت شکست مختلف تعریف می ‌شود.

شکست فصل مشترکی که در این حالت، شکست از میان منطقه ذوبی و در امتداد فصل مشترک دو ورق گسترش می ‌یابد. شکست محیطی که در این حالت، شکست ترک از طریق محیط دکمه جوش در یک ورق رشد می ‌کند. در جوشکاری مقاومتی نقطه ای ، معمولا در حالت شکست محیطی، مطلوب ‏ترین خواص مکانیکی بدست می ‏آید. معمولا حالت شکست محیطی ترجیح داده می ‌شود، زیرا میزان تغییر شکل پلاستیک و قابلیت جذب انرژی بالایی را به وجود می ‌آورد. در نتیجه نیاز است که پارامترهای جوشکاری مقاومتی نقطه ای طوری تنظیم شود که در لحظه‌ شکست حالت شکست به صورت محیطی‌ باشد.

اندازه دکمه جوش جوشکاری نقطه ای

از بین تمام پارامتر‌های موثر روی جوشکاری نقطه ای ، اندازه دکمه جوش، که تعیین کننده توزیع تنش در جوش است، مهم ترین نقش را بازی می‌‌کند. در جوش ‌هایی‌ که اندازه دکمه جوش کوچکی دارند تمایل به شکست فصل مشترکی بیشتر از شکست محیطی‌ است. افزایش اندازه دکمه جوش نقطه ای باعث افزایش مقاومت جوش در برابر شکست فصل مشترکی می‌‌شود، بنابراین یک اندازه بحرانی دکمه جوش تعریف می‌‌شود که بالاتر از آن شکست فصل مشترکی اتفاق می‌‌افتاد.

تخلخل ها و حفره‏ های جوشکاری نقطه ای

حفره ‌ها و تخلخل ‌ها معمولا در وسط دکمه جوش نقطه ای وجود دارند. تخلخل ‌ها و حفره‌ ها باعث کاهش سطح تحت تاثیر شده و لذا باعث کاهش استحکام شکست جوش نقطه ‌ای می‌‌شوند.

سختی‌ منطقه ذوب جوشکاری نقطه ای

در ضخامت ورق و مقدار تخلخل یکسان، جوش‌ مقاومتی نقطه ‌ای که دارای سختی کمتر منطقه جوش است، تمایل بیشتری به شکست فصل مشترکی از خود نشان می‌‌دهد. بنابراین افزایش سختی‌ منطقه ذوب موجب بهبود خواص مکانیکی اتصال می شود. سختی‌ منطقه ذوب تحت تاثیر ریز ساختار ، ترکیب شیمیایی و سرعت سرد شدن می‌‌باشد. همچنین این پارامتر به نوع فلز پایه و تاثیر سیکل گرمایی بر خواص متالورژیکی جوش نقطه ای نیز مربوط است. معمولا اندازه سختی‌ منطقه جوش در فولاد‌ های کم کربن ۲ تا ۳ مرتبه بزرگتر از سختی‌ فلز پایه است. بنابراین در این فولاد ‌ها حالت شکست محیطی‌ غالب است.

قیمت جوشکاری نقطه ای

قیمت جوشکاری نقطه ای بیشتر از هر چیز وابسته به آلیاژ تحت اتصال است. جوشکاری مقاومتی نقطه ای مواد مصرفی خاصی ندارد و هزینه های جاری محدود به هزینه های الکترود آبگرد و برق می شود. با این وجود سر الکترود باید بعد از تعداد خاصی جوشکاری ، ماشین کاری مجدد شود. این تعداد وابسته به نوع آلیاژ است. جوشکاری مقاومتی نقطه ای برخی از فلزات مانند فولادهای گالوانیزه عمر الکترودها را به شدت کاهش می دهند. بنابراین قیمت جوشکاری نقطه ای این آلیاژها بالاتر است.

مسئله مهم دیگر در محاسبه قیمت جوشکاری نقطه ای مکان انجام اتصال دهی است. چنانچه مکان مورد نظر، کارگاه یا کارخانه ای باشد که تعداد بسیاری جوش نقطه ای را پشت سر هم انجام دهد، قیمت جوش نقطه ای به طور معمول حساب می شود. اما چنانچه نیاز به دستگاهی متحرک باشد یا دسترسی به موقعیت اعمال نقطه جوش روی قطعه از نظر فیزیکی پیچیده باشد، قیمت جوشکاری نقطه ای بیشتر می شود.