الكترودها در جوشكاری مقاومتی نقطه ای
الكترودها در جوشكاری مقاومتی نقطه ای
الكترودها در جوشكاري مقاومتي نقطه اي:
الكترود در فرآيندهاي مختلف مقاومتي مي تواند به اشكال گوناگوني باشد كه داراي چندين نقش است از جمله هدايت جريان الكتريكي به موضع اتصال، نگهداري ورق ها بر روي هم 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. از اين جهت الكترودها را از مواد و آلياژهاي مخصوص تهيه مي كنند كه تحت مشخصه يا كد RWMA به دو گروه A آلياژهاي مس و B فلزات ديرگداز تقسيم بندي مي شوند، در جداول صفحه بعد مشخصات اين دو گروه درج شده است. مهمترين آلياژهاي الكترود مس ـ كروم، مس ـ كادميم و يا برليم ـ كبالت ـ مس مي باشد. اين آلياژها داراي سختي بالا و نقطه آنيل شدن بالايي هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتي نرم نشوند، چون تغير فرم آنها سبب تغيير سطح مشترك الكترود با كار مي شود كه ايجاد اشكالاتي مي كند. قسمت هايي كه قرار است به يكديگر متصل شوند
بايد كاملاً بر روي يكديگر قرار داشته و در تماس با الكترود باشند تا مقاومت الكتريكي تماسي R2, R1 كاهش يابد. مقاومت الكتريكي بالا بين نوك الكترود و سطح كار سبب بالا
رفتن درجه حرارت در محل تماس مي شود كه اولاً مرغوبيت جوش را كاهش مي دهد ثانياً مقداري از انرژي تلف مي شود.
روش هاي 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 درجه هاي اتوماتيك مخصوص كه در زمان هاي معين هواي فشرده وارد سيستم مي شود. اين فشار و زمان قابل تنظيم و كنترل است.
درسيستم اول به علت استفاده از نيروي كارگر ممكن است فشار وارده غير يكنواخت و در بعضي موارد كه دقت زيادي لازم است مناسب نباشد ولي در سيستم هواي فشرده دقت و كنترل ميزان فشار بيشتر است.
جوش مقاومتي براي اتصال فلزات مختلف بكار گرفته مي شود. مسئله مهم اين است كه چگونگي خواص فيزيكي اين فلزات ممكن است بر روي خواص جوش يا موضع اتصال تأثير بگذارد. همان طور كه اشاره شد حرارت براي بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جريان الكتريكي و مقاومت الكتريكي به دست مي آيد و يا به بيان ديگر مقاومت الكتريكي بزرگتر در زمان و شدت جريان معين توليد حرارت بالاتري مي‌كند و برعكس. مقاومت الكتريكي يك هادي بستگي به طول و نسبت عكس با سطح مقطع دارد. البته جنس هادي هم كه ميزان ضريب مقاوت الكتريكي است مهم مي باشد.
بنابراين خصوصيت جوشكاري مقاومتي با تغيير ضخامت ورق، تغيير مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغيير مي كند.
البته چگونگي حالت هاي تماس الكترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل ديگر هستند كه فشار الكترودها و ناخالصي ها در بين اين سطوح مي توانند بر روي اين مقاومت ها موثر باشند.
مواد الكترودها :
مس وآلياژهاي آن موادي هستند كه عموما براي الكترودهاي جوش نقطه اي انتخاب مي شوند .انواع مختلف اين مواد در جدول زير آمده است :
انتخاب يك آلياژ براي الكترود بطوريكه براي تمام موادي كه جوش مي شوند قابل استفاده باشند بدلايل مختلف امكانپذير نيست .براي مثال آلومينيوم كه داراي ضريب هدايت بالايي مي باشد احتياج به الكترودي با ضريب هدايت بالا دارد تا از چسبيدن جلوگيري شود و مس سخت كشيده شده
Hard drawn ) ) يا مس تلوريوم دار عليرغم سختي پايين آن براي اين منظور مورد استفاده قرار ميگيرد .مس تلوريوم دار داراي اين خاصيت است كه براحتي ماشينكاري و پوليش ميگردد و سطح تمام شده خوبي را پديد مي آورد .مس كرومدار براي جوشكاري همه نوع فولاد مناسب است .زيرا از آلياژ مس- كادميوم سخت تر است وداراي يكنواختي دمايي بيشتري است بدون آنكه از هدايت آن زياد كاسته شده باشد .دليل اينكه مس-كادميوم براي جوشكاري ورقهاي نازك پيشنهاد ميشود اين است كه ارزان تر از مس-كروم است و قادر است كه گرماي كمتري را كه در جوشكاري ورقهاي نازك بيرون داده ميشود را تحمل كند .ورق هاي ضخيم تر باعث گرم شدن بيشتر نوك الكترود ميشوند .اگر دما به 250 درجه سلسيوس برسد ديگر آلياژ مي-كادميوم مناسب نميباشد .آلياژ مس-تنگستن معمولا بصورت بوش مورد استفاده قرار ميگيرند كه مساحتي بزرگتر از مقدار لازم براي تامين دانسيته جريان صحيح جوشكاري دارد .دانسيته جريان براي ايجاد نقطه جوش با يك الكترود معمولي در يك طرف اتصال و بوش مس-تنگستن با مساحت بزرگتر در طرف ديگر قرار دارد .نمونه هايي از الكترودها ي نقطه جوش و انبر دستگاه نقطه جوش (گان) در شكل زير آمده است
فلزات و آلياژهايي كه در ساخت الكترودها بكار ميروند به گروههاي زير كلاسه ميشوند :
كلاس 1 :
در اين مواد عمليات حرارتي انجام نگرفته و بوسيله كار سرد استحكام پيدا كرده اند .اينكار روي هدايت الكتريكي و گرمايي اثري ندارد .مواد اين كلاس براي فولادهاي كم كربن كه با لايه نازك سرب و كروم و يا روي پوشيده شده –فولادهاي نورد گرم شده و بعضي از فلزات غير آهني مانند آلومينيوم و منيزيوم توصيه ميشود .
كلاس 2 :
اين مواد داراي خواص مكانيكي بالاتر از كلاس 1 هستند ولي هدايت حرارتي و الكتريكي آنها كمتر از كلاس 1 ميباشد .خواص فيزيكي و مكانيكي اپتيمم با عمليات حرارتي يا تركيبي از عمليات حرارتي و كار سرد پديد مي آيد .مواد كلاس 2 بهترين ماده براي الكترودهايي براي كارهاي عمومي با يك رنج وسيعي از مواد و شرايط مختلف مي باشد .اين مواد در الكترودهاي نقطه جوش فولادهاي كم كربن نورد سردشده و فولادهاي ضد زنگ و فولاد با پوشش نيكل و غيره استفاده ميشود.
همچنين براي شافتها-بازوها-قالب و بندكها-فكهاي تفنگي دستگاه جوش و بقيه اعضا عبور دهنده جريان در تجهيزات جوشكاري مقاومتي مناسب است .
كلاس 3 :
مواد اين كلاس آلياژهاي سختي پذير با خواص مكانيكي بهتري از مواد كلاسهاي 1 و 2 ميباشد اما داراي هدايت الكتريكي و حرارتي پايين تري ميباشد .سختي بالا-مقاومت به سايش خوب و دماي آنيل شدن بالاي الكترودهاي كلاس 3 همراه با هدايت الكتريكي متوسط آن باعث ميشود كه اين مواد براي الكترودهاييكه در نقطه جوشهايي كه در آنها فشار مقاومت قطعات بالا است استفاده ميشود .اين مواد براي فولادهاي كم كربن با سطح مقطع بالا و فولادهاي ضد زنگ بكار ميرود .
انواع الكترود و شكل آنها :
نوك الكترودهاي نقطه جوش بايد پروفيل خود را تا آنجا كه ممكن است در شرايط توليد حفظ كند .
پروفيل صحيح باعث عمر طولاني الكترود ميشود .دو شكل استاندارد در موارد عمومي وجود دارد .اين دو نوع عبارتند از :
1 – نوك تخت به شكل يك مخروط وارونه
2 – نوك گنبدي شكل
واضح است كه نوكهاي گنبدي لازم نيست كه دقيقا با سطح كار همراستا قرار گيرند .بنابراين براي جاهاييكه الكترود بر روي سطح منحني در قطعه كار قرار ميگيرند مناسبند و معمولا در جوشكاري آلومينيوم بكار ميروند .نوع نوك تخت در موارديكه بتواند با قطعه كار همراستا گردد ترجيح داده ميشود .زيرا ماشينكاري و شكل دادن و بازرسي آن در ضمن بكارگيري آسان است .پروفيلهاي الكترود در شكل زير نشان داده شده است
معمولا الكترود را بصورت يك ميله استوانه اي شكل با قطر مورد نظر نميسازند بلكه آنرا بزرگتر ساخته و نوك آن را با زاويه 30 درجه بصورت مخروطي مي تراشند .
افزايش مساحت نوك الكترود در اثر فشار وارده باعث كاهش فشار الكترود و دانسيته جريان مي گردد كه هر دو از اهميت حياتي برخوردار هستند .پهن شدن الكترود را ميتوان با استفاده از سختترين ماده مناسب و بكارگيري ضربه كوتاه و يا به بيان ديگر كاهش بارهاي ضربه اي و با خنك كردن مؤثر الكترود در كمترين مقدار خود نگه داشت .پروفيل ساده الكترود نشان داده شده در شكل 6-2 براي بسياري از كاربردها مناسب است اما همواره قابل انتخاب براي جوشكاري در گوشه ها نميباشد .انواع ديگر الكترود براي اينگونه از كاربردها قابل دسترس ميباشند و در موارد بخصوص ميتوان آنها را ساخت تا احتياجات استفاده كننده را مرتفع سازد
روش تعويض نوك الكترودها:
به علت گرما ديدن نوك الكترودها در هنگام جوشكاري و زير فشار بودن اين ناحيه گرما ديده، پس از زدن چند نقطه جوش، قطعه نامبرده تغيير شكل مي دهد. در نتيجه سطح مشترك نوك الكترودها بزرگتر و ناصافتر مي شود. بنابراين پس از حدود 250 بار نقطه جوش زدن، لازم است كه نوك الكترودها تراشيده شود تا شكل اوليه شان بازيابي شود. اين قطعات در اثر تراشيده شدن، كوتاه تر مي شوند. بنابراين لازم است پس از آن كه هر قطعه به اندازه مشخصي رسيد با قطعه نو تعويض شود. اين جايگزيني بسته به شكل قطعه، جنس آن و نيز روش ساخت آن (تراشكاري شده يا آهنگري شده) ممكن است پس از اعمال 1200 يا 2500 نقطه جوش، مورد نياز باشد.
براي تعويض اين قطعه (نوك الكترود) روش هاي گوناگون وجود دارد:
يك روش آن است كه با نصب تجهيزات تمام خود كار، كل فرآيند تعويض قطعه بدون دخالت انسان انجام پذيرد. روش ديگر استفاده از يك ابزار ساده دستي است كه كاربر با اهرم كردن شاخك هاي آن در زير قطعه و در محل شيار موجود مي تواند آن را از جايش درآورد و پس از جازدن قطعه نو به كمك گردي سطح زيرين ابزار، قطعه را درمحل خود محكم كند. روش سوم استفاده از شكل هندسي مخروطي نگهدارنده نوك الكترود است بدين معني كه سطح تماس قطعه نوك الكترود با نگهدارنده آن، سطح جانبي يك مخروط ناقص است. اين ويژگي هندسي باعث مي گردد تا با اعمال چند ضربه آرام در دو سوي قطعه نوك الكترود، اين قطعه به تدريج درموضع خود لق شود تا اين كه به راحتي و با دست از جاي خود بيرون آيد. پس از نصب قطعه نو، با اعمال چند ضربه آرام به سر قطعه، ميتوان آن را در جاي خود محكم كرد.
زماني كه كارگر متوجه شود كه گان خوب جوش نمي‌زند، شايد يكي از علت‌هاي آن احتياج بهTip dress نوك الكترود باشد. در اين روش نوك الكترود بوسيلهTip dress براي جوشكاري آماده مي شود البته نحوه Tip dress خيلي مهم ميباشد و نياز به مهارت و آموزش دارد.
Tip dress در دو نوع بادي و برقي مي باشد كه در گان ها از نوع برقي آن استفاده مي شود و اين نوع، محدوديت فشاري دارد (با هر فشار و نيرويي نمي توان استفاده كرد) البته در اين نوع Tip dress يك لوله براي باد هم وجود دارد. يكي ديگر از كارهايي كه براي بهتر شدن كيفيت جوش بر روي الكترود انجام ميشود سمباده زدن آن ميباشد.
تكنيك هاي جوشكاري نقطه اي:
نكاتي را در عمليات جوشكاري نقطه اي بايد در نظر داشت كه اهم آنها عبارتند از:
الف) تميزي سطوح تماس:
سطح كار و سطح الكترودها بايد همواره تميز نگهداشته شوند. گرد و غبار روي فلز در اثر ايجاد حوزه مغناطيسي، ضمن كار، به اطراف محل جوش متمركز شده و ممكن است در سطح مشترك دو ورق يا سطح تماس الكترودها و كار قرار گيرند، گرد و غبار و ناخالصي هاي ديگر اولاً باعث بالا بردن مقدار مقاومت تماسي و اتلاف انرژي مي شوند و ثانياً در فصل مشترك دو ورق وارد مذاب شده و خواص دكمه جوش را كاهش مي دهند. تميز كردن نوك الكترودها بايد با كاغذ سمباده ظريف يا پارچه و با دقت شود تا از تلفات نوك الكترود بصورت براده جلوگيري شود.
اگر الكترودها به وسيله سيستم سرد كننده آبگرد خنك مي شوند بايد توجه شود كه آب از الكترود به خارج نفوذ نكند. در مورد فلزاتي كه ايجاد لايه اكسيدي دير گداز مي كنند (نظير آلومينيوم، تيتانيوم) لازم است علاوه بر تميزكردن سطح كار، اكسيدهاي سطحي نيز توسط محلول هاي اسيدي مخصوص حذف شده و بديهي است كه آثار محلول يا اسيد نيز بايد از روي كار كاملاً تميز شود تا از تشديد عمل خوردگي در اين سطوح جلوگيري شود.
ب) تنظيم كردن ماشين و محل جوش بر روي كار:
ميزان كردن محل جوش بر روي كار توسط جوشكار يا بطور خودكار با ماشين انجام مي گيرد. اگر قرار است اين عمل توسط كارگر انجام گيرد بايد حتي الامكان از الكترود ثابت استفاده شود. ولي معمولاً در توليدهاي سري و انبوه تنظيم محل جوش بر روي كار توسط ماشين انجام مي گيرد.
يكي از متداول ترين روش براي تنظيم كردن دستگاه جوش انجام چند نمونه جوش نقطه اي بر روي دو ورقه قراضه با مشخصات شبيه قطعه كار (جنس و ضخامت) مي باشد. پس از انجام جوش هاي نمونه بر روي اين ورق ها آنها را از يكديگر جدا يا پاره كرده و محل جوش را مطالعه مي كنند، بنابراين :
1ـ اگر شدت جريان كافي نباشد دكمه جوش براحتي از ورق ها جدا شده و اثر چنداني بر روي ورق باقي نمي ماند.
2ـ شدت جريان خيلي زياد باعث نفوذ دكمه جوش تا سطح كار مي شود كه در اين حالت نيز استحكام جوش ايده آل نخواهد بود. اصولاً عمق نفوذ دكمه جوش نبايد از 60 درصد ضخامت ورق بيشتر باشد.
البته عدم تنظيم صحيح زمان نيز منجر به اثر گذاشتن جوش در سطح كار مي شود و چنانچه جريان الكتريكي قبل از فشرده شدن كامل ورق ها عبور كند جرقه اي در سطح تماس الكترود و كار ايجاد مي شود.
آزمايش جوش را از طريق استانداردهايي نيز مي توان انجام داد از جمله دو قطعه به پهناي 5/7 سانتي متر و طول 10 سانتيمتر بريده و لبه هاي آنها را به اندازه 5/2 سانتيمتر بر روي هم سوار كرده و سه نقطه جوش در مركز مربع هاي مباني مطابق شكل ايجاد مي كنند. سپس جوش اول كه جريان الكتريكي فقط از آن عبور كرده و داراي شرايط متفاوتي با آنچه كه در عمل اتفاق مي افتد است را جدا كرده و جوش هاي دوم و سوم را به صورت نواري به پهناي 5/2 سانتيمتر و طول 5/17 سانتيمتر جدا كرده و تحت آزمايش كشش قرار مي دهند. نيروي لازم براي پاره كردن جوش محاسبه شده و با جداول مخصوص كه نشان دهنده استاندارد مشخصات فني جوش اتس مقايسه مي شود . ازجداول عملي بعنوان راهنما نيز براي انتخاب و تنظيم شرايط كار، اندازه الكترود و پارامترهاي ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند.
ج) ظاهر جوش:
معمولاً ظاهر جوش شامل يك فرورفتگي و يك حلقه رنگي حرارتي در اطراف تماس الكترود و كار مي باشد در مواردي كه سطح كار بايد تميز باشد فرورفتگي هاي محل جوش نقطه اي را مي توان از طريق استفاده الكترود مسطح نوع C و مخروط نوع E اهش داد. واضح است كه الكترود مسطح را در طرفي كه نياز به تميزي فوق العاده است قرار مي دهند. استفاد از يك الكترود مسطح و يك الكترود مخروط ناقص در جوشكاري ورق هاي نازك به كلفت نيز مفيد است، در اين شرايط الكترود مسطح بر روي ورق نازك قرار مي گيرند. در حالت هاي معمولي جوشكاري مقاومتي نقطه اي فاصله جوش ها نبايد از ميزان معيني كمتر باشد چون مدار بسته اي با جوش مجاور ايجاد كرده و جريان الكتريكي به اندازه كافي از موضع جوش در بين الكترودها نمي گذرند.
