zgrzewanie

      Poniższe wytyczne mają charakter ogólny. Praktyka zgrzewalnicza stworzyła swoje standardy zaleceń co do wykonywania zgrzein i z tak szerokiego pola rozwiązań należy wybrać takie, które pozwoli najoptymalniej wykonywać proces zgrzewania.

Zgrzewanie oporowe punktowe

  • technika trwałego łączenia metali
  • Połączenie uzyskuje się zarówno w stanie stałym (wzajemne przekrystalizowanie) jak i ciekłym (przetopienie)

Warunki fizyczne procesu zgrzewania

Zasada procesu zgrzewania sprowadza się do dostarczenia odpowiedniej ilości energii do złącza.

006wzor2

gdzie: Q – energia, I – natężenie prądu, R – oporność styku, t – czas

      Rozkład oporności przy zgrzewaniu punktowym:

001

 

      W przypadku wywarcia odpowiedniego docisku elektrod do materiału: uzyskuje się największa oporność na styku blach, która jest znacznie mniejsza na styku blachy-elektroda. W związku z tym najwięcej ciepła wydziela się na tym złączu, dzięki czemu zgrzeina tworzy się pomiędzy blachami.

      W przypadku zbyt małego docisku elektrod wartość oporności styku elektroda-blacha bliska jest wartości styku blacha-blacha więc występują znacznie gorsze warunki zgrzewania. Znacznie utrudnia to proces zgrzewania, niemalże uniemożliwiając wykonanie połączenia.

Cykle zgrzewania punktowego:

 

002

 

  • Faza 1. Dociśnięcie elektrod – odbywa się przed włączeniem prądu zgrzewania. Służy to wywołaniu ścisłego przylegania materiałów.
  • Faza 2. Nagrzewanie – uzyskane dzięki przepływowi prądu zgrzewania. W miejscu największej oporności złącza tworzy centrum cieplne strefy zgrzewania. Dostarczone ciepło najczęściej oscyluje w granicach ciepła niezbędnego do stopienia łączonych metali co skutkuje utworzeniem jądra zgrzeiny.
    W złączu zachodzą dynamiczne zmiany oporności materiałów (początkowy wzrost i późniejsza stabilizacja oporności dynamicznej- związana ze wzrostem temperatury blach).
    Upłynnione jądro zgrzeiny otoczone jest przez uplastyczniony metal, podlegający dodatkowym odkształceniom w wyniku docisku elektrod.
  • Faza 3. Stygnięcie jądra zgrzeiny – po wyłączeniu przepływu prądu następuje szybkie stygnięcie jądra zgrzeiny. Krzepnięcie jądra następuje od zewnątrz do środka (związane jest to z odbieraniem ciepła przez materiał zgrzewany).

      Czasami w trzeciej fazie stosuje się dodatkowy zabieg przepływu prądu o wartości mniejszej od wartości prądu zgrzewania, ma to na celu dodatkową obróbkę cieplną złącza.

       Sposoby zgrzewania punktowego:

  • Ze względu na sposób doprowadzenia prądu do zgrzewanych elementów rozróżnia się następujące sposoby zgrzewania:
  • Dwustronne jednopunktowe,
  • Dwustronne dwupunktowe,
  • Jednostronne jednopunktowe,
  • Jednostronne dwupunktowe

003

(W obydwu przypadkach można stosować dodatkową podkładkę miedzianą mostkującą przepływający prąd.)

  • Dwustronne jednopunktowe z miedzianą podkładką
  • Jednostronne dwupunktowe z miedzianą podkładką

      Przy czym najczęściej stosowanym sposobem zgrzewania punktowego jest wariant zgrzewania dwustronnego jednopunktowego.

      Podstawowe parametry procesu zgrzewania punktowego to:

  • natężenie prądu zgrzewania
  • czas przepływu prądu
  • siła docisku elektrod

      Stosowane ustawienia parametrów dzielą się na dwie grupy:

a) Parametry sztywne – duże natężenie prądu, duża siłą docisku, krótki czas przepływu prądu

b) Parametry miękkie – mniejsze natężenia prądu, mniejsze siły docisku, dłuższy czas przepływu prądu

     Dzięki zastosowaniu parametrów sztywnych uzyskuje się wysoką wydajność procesu, mniejsze zużycie energii elektrycznej, mniejszą strefę nagrzania.

       Parametry miękkie pozwalają uniknąć podhartowaniu materiałów (mniejsza dynamika cyklu nagrzanie-chłodzenie) i ograniczają występowanie pęknięć.

      Zalecenia dotyczące projektowania połączeń zgrzewalniczych:

– średnica zgrzein ustalana jest na podstawie grubości blach (stosownie do wymaganej jakości zgrzeiny). Przyjmuje się że optymalna średnica zgrzeiny 

005wzor

gdzie g – grubość blachy [mm]. Przy zgrzewaniu blach różnej grubości średnicę dz przyjmuje się dla blachy cieńszej.

Dopuszcza się przyjęcie innej niż zalecana średnicy zgrzeiny jeżeli zgrzeiny mają mieć charakter złączny. Powierzchnie łączonych elementów powinny być płaskie i równoległe. Nie zaleca się łączenia więcej niż trzech blach (blacha cieńsza powinna znaleźć się w środku). Ze względu na możliwość bocznikowania prądu poprzez wcześniej wykonaną zgrzeinę należy unikać umieszczania zgrzein zbyt blisko siebie. Minimalna odległość t między zgrzeinami wynosi t=3*dz. Odległość ta powinna być zwiększona o 50% w przypadku dodania kolejnej blachy.

 

Zgrzewanie oporowe garbowe

    Odmiana metody zgrzewania rezystancyjnego w której na elemencie (elementach) celowo wykonano występy zwane garbami (które nie występowały w elementach zgrzewania punktowego). Obecność garbów ma na celu kontrolę miejsca tworzenia się jądra zgrzeiny.

004

     Przy dociśnięciu elementów i następnym włączeniu przepływu prądu zgrzewania, w miejscu styku garbu z materiałem podłoża wydziela się znaczna ilość ciepła. Z racji niewielkiej powierzchni styku garb ulega przetopieniu dzięki czemu uzyskuje się trwałe połączenie materiałów. Dzięki temu, że zgrzeiny powstają w ściśle określonych miejscach proces ten szczególnie sprzyja mechanizacji i automatyzacji.

      Proces zgrzewania garbowego można wyszczególnić trzy etapy:

  • wstępne obciążenie garbu (bez przepływu prądu zgrzewania),
  • utworzenie zgrzeiny (pod wpływem przepływającego prądu zgrzewania,
  • studzenie zgrzeiny (bez przepływu prądu)

     Początkowe formowanie złącza poprzez wywieranie obciążenia ma na celu dokładne przypasowanie garbu do do drugiego elementu. Wartość siły docisku jest bardzo ważna. Nie może być ona zbyt mała ze względu na możliwość uzyskania efektu „przylepienia” blach, co jest bardzo niekorzystne. Etapy obciążania garbu sprowadzają się do stanów w których – początkowy przyrost obciążenia powoduje odkształcenie sprężyste, następnie plastyczne, a jeszcze później z racji plastycznego umocnienia materiału odkształcenie zostaje zahamowane. To jest najbardziej pożądana wartość siły docisku. Przyjmuje się, że w momencie odkształcenia garbu o 25-35% wartość siły docisku jest odpowiednia do procesu zgrzewania.
      Druga faza procesu zgrzewania, polegająca na włączeniu przepływu prądu przez elektrody. Z racji niewielkiej powierzchni styku wydzielone ciepło powoduje intensywne uplastycznienie materiałów przylegających. Uzyskuje się dzięki temu zgrzanie w stanie stałym (plastycznym). Lecz pod wpływem obciążonych elektrod stan ten jest stanem przejściowym. Strefą intensywnego nagrzania zostaje objęty cały styk garbu z blachą dzięki czemu po przetopieniu tego styku może nastąpić trzecia faza procesu czyli chłodzenie.

      Prąd zgrzewania zostaje wyłączony, siła docisku ma mniejszą wartość, następuje krystalizacja jądra zgrzeiny (podobnie jak w przypadku zgrzewania punktowego – od zewnątrz do wewnątrz).

 

Źródło: Zgrzewanie oporowe metali. H. Papkala. wyd. KaBe, Krosno 2003.

Skrypt z laboratorium Spawalnictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach.



Możliwość komentowania jest wyłączona.